shvarz

Жена, в очередной раз, подкинула прекрасную статью: A mechanism for glycoconjugate vaccine activation of the adaptive immune system and its implications for vaccine design

Несмотря на свою потрясающую прекрасность, статья будет интересна лишь узкому кругу лиц. Поэтому кратко и не очень популярно. Кому важно - разберутся. Остальным - читать лишь последний параграф.

Оболочки всех бактерий содержат полисахара. Эти полисахара невозможно напрямую использовать в качестве антигенов в вакцинах - антитела на них почти не вырабатываются. Но если к ним прицепить (коньюгировать) какой-нибудь чужеродный белок, то внезапно они становятся очень даже хорошими иммуногенами. Это свойство полисахаридов использовано для создания очень эффективных противобактериальных вакцин, например против пневмококков и Haemophilus influenzae (HiB), вызывающих менингит.

При этом почему именно коньюигирование работает и улучшает иммуногенность никто толком не знал. Предполагалось, что проблема полисахаров заключается в том, что лимфоциты Т-хелперы не способных их распознавать своими рецепторами и поэтому они не стимулируют B клетки к выработке антител. При коньюгации же Т-хелперы, как предполагалось, распознают коньюгированный белок и антитела вырабатываются (см панель (a) на картинке ниже).

В этой статье показано, что эта теория была неверна. Полисахара вполне могут распознаваться Т-хелперами. Проблема их, на самом деле, заключается в том, что они не выставляются B клетками в контексте MHCII. А коньюгирование позволяет искуственно произвести стыковку B клеток и T-хелперов, потому что MHCII на B клетке связывается с белковой частью коньюгата, а TCR на Т-хелпере связывается с его полисахаридной частью (см панель (б) на картинке ниже). Таким образом коньюгированные вакцины позволяют не только выработать антитела, но и Т-клеточную иммунологическую память.

Знание этого механизма позволило авторам слету создать вакцину от стрептококка, которая вызывала намного более высокии концентрации антител и лучше защищала мышей от инфекции. Если все это подтвердится в последующих работах, то создание противобактериальных вакцин станет намного проще и эффективнее.

Иллюстрация из News and Views (надеюсь не посодют меня за воровство):

a - старая теория
b - новая модель

Я уверен, что читающим меня будут интересны следующие тексты, победившие в конкурсе сайта Био/мол/текст:

В рубрике "Лучшая обзорная статья":

1. "Ствол и ветки: стволовые клетки" С.М. Глаголева - очень хорошая статья рассказывающая о том, что такое стволовые клетки с массой интересных фактов. Я слушал лекции Глаголева еще будучи школьником и еще с тех пор запомнил его прекрасную способность понятно и интересно рассказывать об очень сложных вещах. Рекомендую!


2. "Атомная силовая микроскопия: увидеть, прикоснувшись" Д. Курека - статья об очень интересном методе микроскопии, при котором микроскоп не просвечивает изучаемый препарат, а "ощупывает" его, создавая трехмерную картину.


3. "Почти детективная история о том, как элемент-убийца помог возникнуть жизни" Е. Мошинец - спорная, и тем интересная, статья о недавнем спорном, но интересном, открытии того, что некая бактерия в озере Моно Лейк использует мышьяк вместо фосфора.

В рубрике "Лучшее новостное сообщение":

1. "Металлическая проводимость биологических структур" О. Матанцевой - интересная новость о несколько неожиданных свойствах некоторых структур у бактерий. Трудно сказать, несут ли эти свойства какую-либо полезную функцию для бактерий, но налбюдения интересные.


2. "Уточнен механизм, по которому развиваются конечности эмбриона" В Башмаковой - хорошо описанная и довольно интересная новость, иллюстрирующая тот принцип, что в нашей ДНК закодирована не точная структура нашего организма, а приблизительные алгоритмы его построения.


3. "Это чума" Ю. Стефанова - хорошо описаны и технологии исследования и полученные выводы о происхождении и эволюции чумы.

Только я выложил пост про микробицидный гель, как тут же появились новости о том, что в проходящем сейчас испытании он оказался неэффективным и испытание закрыли раньше срока.

With great power comes great responsibility.
Старик Хоттабыч

Интересная очень статья: Chimeric Antigen Receptor-Modified T Cells in Chronic Lymphoid Leukemia
Собственно смысл статьи укладывается в один параграф, но сначала нужно кое что объяснить об иммунной системе, для чего я и нарисовал такую вот картинку:



На картинке много что нарисовано, так что пройдемся по пунктам.

1. На картинке показаны две клетки, находящиеся в плотном контакте друг с другом. Пространство между клетками помечено белым цветом. Снизу у нас CD8 лимфоцит - клетка иммунной системы, которая умеет убивать другие клетки. Сверху - клетка-мишень, на поверхности которой вдруг обнаружился чужеродный белок. Сейчас лимфоцит ее будет убивать. Однако сам по себе чужеродный белок лимфоцит распознать не может.


2. Небольшую часть всех своих белков каждая клетка разрезает на кусочки в лизосоме и потом эти кусочки выставляются на ее поверхности специальными молекулами - HLA (синие). Таким образом, лимфоциты могут проверить, что именно находится внутри клетки, все ли с ней в порядке.


3. У лимфоцита есть специальный рецептор (зеленый), который позволяет ему распознать фрагмент чужеродного белка на молекуле HLA. Если это случается, то лимфоцит получает "основной" сигнал активации. Однако его обычно недостаточно и требуется еще и "вспомогательный" сигнал. Этот вспомогательный сигнал приходит если сама клетка или ее окружение "чувствуют себя больными" - они тогда начинают синтезировать вспомогательный лиганд, а лимфоцит при поступающих сигналах об инфекции синтезирует вспомогательный рецептор (и рецептор и лиганд показаны фиолетовым цветом).


4. Сочетание основного и вспомогательного сигналов запускает иммунный ответ. CD8 лимфоцит активизируется, убивает клетку-мишень и начинает размножаться.


5. В этой статье был создан химерный белок, у которого снаружи клетки - кусок антитела (оранжевый), что позволяет ему напрямую распознавать чужеродный белок. А внутри у него - оба сигнальных домена, которые посылают и основной и вспомогательный сигналы. Используя инактивированный ВИЧ как носитель ДНК, авторы ввели ген, кодирующий этот белок, в лимфоциты. Такие генетически-модифицированные лимфоциты реагируют на чужеродные белки гораздо активнее - во-первых, они распознают их напрямую, без участия HLA, а во-вторых, им не нужны внешние сигналы о воспалении, потому что этот белок сам автоматически инициирует эти сигналы. В результате мы получаем супер-убийственный лимфоцит, который активируется очень легко и бьет любые клетки мишени, даже если они не издают стрессовых сигналов, говорящих об инфекции.

Зачем они создали такие лимфоциты? Чтобы лечить рак. У их пациента была B-клеточная лейкемия - B клетки, обычно участвующие в иммунном ответе и синтезирующие антитела, начали бесконтрольно размножаться. Стандартная терапия не помогала. Все B лимфоциты имеют на своей поверхности белок CD19 и было решено воспользоваться этим, чтобы искуственно натравить на них иммунную систему. Авторы исследования взяли из пациента CD8 лимофициты и генетичеки модифицировали их, превратив в супер-лимфоциты, которые атаковали любую клетку, имеющую CD19. Тот факт, что это были не обычные лимфоциты, а именно супер-лимфоциты, был очень важен, потому раковые клетки не давали "вспомогательных" сигналов стресса, которые бы позволили активизировать обычные лимфоциты.

Пациенту подсадили небольшую дозу этих супер-лимфоцитов и результат превзошел все ожидания. Пересаженные лимфоциты размножились в 1000 раз и за две недели полностью уничтожили все раковые клетки. К сожалению, вместе с раковыми они уничтожили и все здоровые B лимфоциты, поэтому пациент полностью потерял способность производить собственные антитела. И, скорее всего, никогда ее уже не обретет, потому что супер-лимфоциты добавятся к иммунологической памяти и на каждое появление B клеток они будут реагировать, как на очередную инфекцию. Но ремиссия совершенно уникальная для подобных подходов! Раньше ученые уже пытались такое проделать, но использовали химерный белок, который посылал только "основной" сигнал активации и работало это очень плохо. Похоже что решающую роль сыграло именно добавление "вспомогательного" сигнала.

Собственно куда двигаться дальше уже понятно. Нужна возможность контролировать активность этих супер-лимфоцитов так, чтобы после уничтожения опухоли их можно было "выключить". Системы для этого уже разработаны и я даже несколько удивлен, что они не были использованы в этом исследовании. Есть два подхода. В первом, в химерный белок встраивают регулятор, который позволяет синтез этого белка только в присутствии определенного препарата. Пациенту на время уничтожения рака дают этот препарат, а потом прекращают и супер-лимфоциты превращаются обратно в обычные лимфоциты. Во втором, при генетической модификации лимфоцитов в них также встраивают "ген самоубийства", который активизируется в ответ на определенный препарат. Тут мы сначала дожидаемся пока супер-лимфоциты уничтожат рак, а потом даем пациенту этот препарат и они все умирают.

Я думаю уже в следующих испытаниях эти подходы будут опробованы и супер-лимфоциты с химерными рецепторами станут мощным, специфическим, и безопасным оружием против многих видов рака.

Нобелевскую премию в этом году дали за открытия в устройстве иммунной системы. Поделили ее пополам, одна половина досталась Джулю Хоффманну и Брюсу Бютлеру, за открытие рецепторов, активирующих врожденную иммунную систему, а вторая - Ральфу Стайнману за открытие дендритных клеток и их роли в регуляции адаптивного иммунного ответа.

О дендритных клетках и о их роли в ВИЧ-инфекции я уже писал, но вкратце напомню их основную функцию. В своем незрелом состоянии, дендритные клетки ходят по организму и подбирают все, что находят. У них есть дендриты - длинные отростки и складки, позволяющие им увеличить поверхность для более эффективного сбора. Собранное "переваривается" в специальных органеллах внутри этих клеток и получившиеся небольшие фрагменты выставляются на их поверхности. При этом дендритные клетки "созревают", теряют свои дендриты и перемещаются в периферийные лимфоузлы, где выставленные ими на поверхности фрагменты инспектируются лимфоцитами. Если лимфоцит распознает один из фрагментов как чужеродный, то дендритная клетка эффективно активирует его и стимулирует мощный иммунный ответ. Ральф Стайнман открыл сам факт существования дендритных клеток, а также основные процессы, описанные выше.

Мне довелось довольно близко работать с Ральфом примерно год назад. Он возглавлял одну из Рабочих Групп, которые мы собирали для стратегического планирования в области ВИЧ вакцин. Два качества сразу бросились мне в глаза - бьющая ключом энергия и непоколебимая упертость в достижении намеченного. На первое же собрание Группы он пришел со списком из 30 вопросов для обсуждения, и беспощадно и методично прошел по всем 30 вопросам, хотя для этого потребовалось почти полное отсутствие перерывов, работа во время ланча и дополнительный час работы по сравнению с тем, что было запланировано. На встрече в Ральфе очень интересно сочетались уверенность в себе и уверенность в членах группы. Без ложной скромности он авторитетно рассуждал о дендритных клетках, но если речь заходила о Т клетках или B клетках, о которых он конечно знает очень много, поскольку работает в иммунологии уже давно, то он замолкал и как прилежный студент записывал все, что говорили те, кого он отобрал в группу как экспертов в этих областях.

Многие именитые ученые в ходе своей карьеры продвигаются вверх по административной лестнице - начинают заведовать факультетами, институтами и т.п. Главной заботой Ральфа до самого конца оставалась его лаборатория. Такая "приземленность" принесла мне изрядно хлопот и из-за нее при написании отчета о работе группы нам с Ральфом пришлось прилично повоевать :) Нам требовался "взгляд с высоты птичьего полета", а "стратегическое планирование" в терминах Ральфа Стайнмана - это перечисление 50 важных экспериментов, которые талантливый постдок мог бы сделать на следующей неделе. И выкинуть из этого списка даже один - это святотатство, потому что тогда важное направление исследований оказывается упущенным. В результате мы переписывали и редактировали отчет несколько месяцев, а количество черновых версий не стоит даже и пытаться подсчитать.

Ральф Стайнман умер в прошлую пятницу. Четыре года назад у него нашли рак поджелудочной железы - очень агрессивная форма, с которой 80% диагностированных умирают в течение года. Ральфа лечили экспериментальной терапией, основанной на дендритных клетках, стратегию которой он разработал сам. По сути дела это было тем, что называется "терапевтическая вакцина" - когда иммунную систему уже больного человека фокусируют на нужной цели, в данном случае - на раковых клетках. Полученные из пациента дендритные клетки "нагружаются" нужными "мишенями" в клеточной культуре и потом вводятся обратно пациенту. Деталей терапии, которую использовали для лечения Ральфа, я не знаю, но он говорил, что у него была частичная ремиссия. К сожалению, активация иммунной системы была даже слишком эффективна и вызвала аутоиммунный ответ, при котором иммунитет атакует здоровые ткани. Тем не менее, Нобелевскую премию ему дали во многом и потому, что Нобелевский комитет посчитал, что подобные направления исследований наверняка в будущем приведут к разработке эффективных методов вакцинации и терапевтического лечения болезней.

И первые шаги в этом направлении уже сделаны. В начале этого года была одобрена первая коммерческая терапевтическая вакцина, основанная на дендритных клетках. Компания Dendreon использует их для того, чтобы лечить рак простаты. А в лаборатории Ральфа сейчас работают над превентативной вакциной от ВИЧ, тоже основанной на дендритных клетках. Идея заключается в том, что к ВИЧ белку прикрепляется молекула, которая целенаправленно тащит его в дендритные клетки, таким образом оптимизируя доставку вакцины к клеткам, которые играют ключевую роль в выработке эффективного иммунного ответа.

Как обещал, напишу о самом интересном с закончившейся неделю назад конференции в Бангкоке. Самое интересное, на самом деле, будет не так уж интересно широкой публике само по себе, как процесс его получения. Сейчас объясню, что это значит.

Два года назад были оглашены результаты испытания ВИЧ вакцины в Тайланде, которые впервые показали хоть какую-то эффективность. Максимальный эффект от вакцины был снижением вероятности инфекции на 60% и длился всего около года после вакцинации, поэтому к окончанию испытания (которое длилось 4 года), эффективность вакцины была всего 30%. Тем не менее, все очень возбудились, потому что, во-первых, наконец что-то да сработало, а во-вторых, эффективнасть, какая бы низкая она ни была, дает потенциальную возможность, покопавшись в собранных образцах крови вакцинированных, разобраться в том, какой именно иммунологический механизм может предотвращать ВИЧ инфекцию.

Проблема была в том, что в период максимальной эффективности вакцины у участников испытания был взят всего один образец и тот небольшой (для знающих - 3 миллиона лимфоцитов и 2 мл плазмы). К тому же для такого анализа нужны не просто образцы вакцинированных, а именно образцы тех, кто заразился ВИЧ, а их было всего 125 (из них вакцинированных - меньше 50). В общем, образцы эти были на вес золота, а их анализ сулил очень важные открытия.

К чести проводивших это клиническое испытание ученых, они не сказали "никому не дадим!" и не взялись сами в них копаться, а организовали прозрачную и честную систему. Собрали комитет, возглавляемый очень уважаемым человеком в нашей области, который принимал заявки от всех желающих проанализировать эти образцы. Согласно заранее оговоренным правилам этот комитет отбирал методики, которые наиболее подходили для такого анализа: с хорошей воспроизводимостью, с широким динамическим разбросом, требующие небольшого количества материала, не повторяющие друг друга. Из около 50 заявок таким образом было отобрано 30 методов, которые делали 25 разных лабораторий разбросанных по всему миру. Эти методы были сначала протестированы на образцах, полученных от людей, которые не заразились ВИЧ, благо их было много - 8 тысяч вакцинированных и столько же плацебо. Затем уже самые важные образцы были разморожены, поделены и разосланы для анализа в эти 25 лабораторий.

Ну и что, что-нибудь нашлось? Кое-что нашлось. Присутствие антител IgG к определенном району вирусного белка оболочки (V1V2) коррелировало с пониженной вероятностью инфекции. Присутствие антител IgA к этому району в крови похоже снижает это положительный эффект.

Интересно, что с районом V1V2 до сегодняшнего дня работала буквально лишь пара лабораторий. Я поговорил с парнем из одной - он, с одной стороны, рад тому что именно его работа сейчас оказалась в центре внимания, а с другой стороны боится, что сейчас все кинутся работать в его области и огромные лабы с большими бюджетами его задавят.

В Nature статья (pdf) о том, что игроки в Foldit решили структуру белка протеазы вируса MPMV - задача, с которой давно уже не могли справиться ученые со всеми их компьютерами.
В игре Foldit обычные люди манипулируют районами белка и получают баллы за оптимизирование его сворачивания. Игра использует тот факт, что человеческий мозг очень хорошо приспособлен к манипуляциям со сложными трехмерными объектами - задача, с которой компьютеры до сих пор справляются с трудом.



На картинке показаны шаги, которые были проделаны тремя игроками в процессе решения этой задачи. Игрок spvincent проделал начальную оптимизацию исходной структуры, которая была получена с помощью NMR, правильно уложив бета-складки (B). Его структура была улучшена игроком grabhorn, который оптимизировал гидрофобный центр белка (C). Конечная оптимизация была сделана игроком mimi, которая догадалась загнуть торчавшую петлю в верхнем левом углу так, что она легла в нужное положение (D). Эту структуру уже доработали компьютеры, которые сравнивали ее с имеющейся кристаллографической информацией. Весь процесс занял три недели.

Создатели FoldIt постепенно добавляют арсенал инструментов, доступных игрокам. Например, если есть белок, для которого структура известна и он похож на тот, над которым работаете вы, то вполне возможно, что и сворачиваются они одинаково. Недавно в FoldIt был добавлен инструмент, позволяющий игрокам вручную выравнивать гомологичные последовательности белков для того, чтобы они могли использовать уже имеющуюся в базах данных информацию о структурах белков. Все это сделано так, что игрок не должен иметь никакого специального образования для того, чтобы помогать решать эти сложные задачи. Победитель этого соревнования, mimi, помогает делать научные эксперименты в школе.
(via The Scientist)

У всех позвоночных есть два механизма распознавания чужеродных организмов адаптивной иммунной системой .
Первый заключается в том, что все клетки в организме разрушают небольшую часть всех своих белков и выставляют получившиеся кусочки на своей поверхности. Если клетка заражена вирусом, то его белки тоже попадают в эту мясорубку и в итоге оказываются выставленными на поверхности, и таким образом иммунная система узнает зараженную клетку.
Второй заключается в том, что некоторые специализированные клетки иммунной системы собирают частицы плавающие вне клеток, потом тоже разбивают их на части и выставляют специальным образом на своей поверхности. Иммунная система "понимает", что они не инфицированы, поэтому их самих она не убивает, зато вырабатывает иммунный ответ против этих фрагментов. Таким образом, например, вырабатываются антитела.

Так вот, рыбка на картинке - это атлантическая треска, чей геном был недавно отсеквинирован, как сообщает Nature. Секвенировали его по довольно рутинным причинам - треску собираются разводить на рыбофермах и хотели побольше о ней узнать. Но в ее геноме нашли нечто совершенно удивительное - у трески полностью отсутствует второй механизм распознавания вирусов и бактерий! Как именно она умудряется жить без целого куска иммунной системы не совсем понятно, но похоже, что частично компенсирует его более развитым первым механизмом и врожденной иммунной системой.

И, кстати, для рыбоводства это оказалось очень важной находкой, потому как народ уже строил планы относительно вакцинации трески на рыбофермах, а теперь стало понятно, что вакцины надо будет разрабатывать с учетом отсутствия MHC II системы.

Чем больше мы будем секвинировать организмов, тем больше мы будем находить такие вот чудеса. Из схожего: недавно оказалось, что у верблюдов и у акул в ходе эволюции схожим образом радикально изменились антитела - у обоих отсутствует легкая цепь, которая является важной частью антитела у всех позвоночных.

(картинка из википедии).

Биомолекула проводит конкурс научно-популярных статей:



Три категории: обзорная статья, новостное сообщение и пресс-релиз по теме своей работы. С призами. Правила по ссылке. Меня позвали в жюри и я, конечно, согласился. Думаю будет интересно, так что советую поучаствовать или как минимум заходить к ним почаще - читать конкурсные работы.

Это слишком прекрасно, чтобы об этом сейчас же не написать.

В пересчете на грамм веса, жучок "водный лодочник" (water boatman, Micronecta scholtzi) является самым громким из известных существ. Любовную серенаду, сравнимую по громкости со звуком симфонического оркестра, жучок издает водя членом по своему ребристому животу.

Фотография красавца:

(реальный размер - 2 миллиметра)