„DNA origami“: skládáním DNA k identifikaci pravidel pro vývoj vakcín

16. září 2020  ·  Mgr. Zdeňka Březinová

Metodou skládání DNA do struktur podobných virům vytvořili vědci z MIT v laboratorní misce částice podobné viru HIV. Tyto částice vyvolávají silnou reakci lidských imunitních buněk a časem by mohly sloužit jako vakcína proti HIV. Díky možnosti skládat částice do přesných vzorů vědci rovněž předpokládají, že by tohoto postupu bylo možno využít při vývoji vakcín na široké spektrum virových onemocnění. Jejich aktuální snahou je adaptace této metody pro potřeby boje proti pandemii koronaviru.

Programováním molekul DNA pro různé aplikace (například jejich využití jakožto nosiče léčiv) se zabývají vědci již od 80. let minulého století. Nejnovější technikou v této oblasti je tzv. DNA origami vynalezená v roce 2006 Paulem Rothemundem z institutu Caltech. Od té doby je postupně rozvíjena a využívána k odhalování základních molekulárních principů rozpoznávání u imunitních buněk.

V roce 2016 vyvinula Bathova laboratoř algoritmus schopný pomocí DNA origami automaticky navrhovat a vytvářet libovolné trojrozměrné virové tvary. Touto metodou je možno přesně kontrolovat strukturou syntetické DNA, což umožňuje vědcům připojit různé molekuly (např. virové antigeny) na specifická místa.

Současné nanočástice vakcín jsou vyvíjeny tak, aby napodobovaly přirozenou strukturu virů, a protože jsou svou velikostí ideální pro pohyb lymfatickým systémem, je možno je velmi přesně distribuovat do buněk B, zodpovědných na imunitní reakci, a nechat je s těmito buňkami reagovat.

Výzvou je však stanovení správné velikosti částic, rozestup mezi antigeny a počet antigenů na částici tak, aby docházelo k optimální stimulaci buněk B.

Někteří vědci se tento problém snaží řešit vývojem podjednotkových vakcín za použití syntetických částic, jako jsou polymery nebo lipozomy, tyto materiály však neumožňují kontrolovat umístění virových proteinů tak přesně jako za použití DNA origami.

Prof. Mark Bathe a prof. Darrell Irvine, podílející se na studii uveřejněné v Nature Nanotechnology, se při hledání nejvhodnějších návrhů částic pro aktivaci buněk B rozhodli využít právě DNA origami. Jejich výzkum vedl k zajímavým zjištěním. Doposud například převažovala domněnka, že čím vyšší je hustota patogenu, tím lépe, neboť čím blíže se receptory buněk B dostanou k sobě, tím silnější to vyvolá signalizaci. Výsledek pokusů však jasně prokázal, že tomu tak není. Naopak, lepších výsledků bylo dosaženo, pokud se vzdálenosti mezi antigeny zvětšily.

Výzkumný tým MIT kontaktoval profesora imunologie a mikrobiologie Jayajita Dase, Ohio State University, za účelem vývoje modelu, který měl za cíl objasnit, proč větší vzdálenosti mezi antigeny vedou k lepším výsledkům. Tento model následně potvrdil, že jsou-li antigeny příliš blízko u sebe, je odpověď receptorů buněk B na ně slabší.

Výsledky výše popsaného výzkumu mají potenciál stát se zásadními při vývoji vakcíny proti HIV, neboť pro studii bylo použito antigenu HIV, jenž je v současné době testován v rámci klinické studie na lidech.

V posledních měsících se Bathova laboratoř spojila s laboratořemi Aarona Schmidta a Daniela Lingwooda v Ragon Institute a vytvořila variantu vakcíny, v níž zaměnila antigeny HIV za protein nacházející se na povrchu viru SARS-CoV-2. Aktuálně je předmětem testování skutečnost, zda tato vakcína bude produkovat účinnou odpověď proti koronaviru SARS-CoV-2 v izolovaných buňkách B a u myší.

Vědci doufají, že variabilita vyvíjené metody umožní vytvářet varianty antiviru proti různým typům koronaviru, a to jak těm současným, tak těm, které se v budoucnu ještě mohou objevit.

Zdroje:
https://www.rdworldonline.com/engineers-use-dna-origami-to-identify-vaccine-design-rules/