mary_spiri (mary_spiri) wrote,
mary_spiri
mary_spiri

Categories:

Коронавирус и наш Приобретенный Иммунитет

Противовирусные меры резко затормозили американскую экономику, и масштабы этого торможения покажет дальнейшее развитие кризиса. Очень боюсь, что будет все крайне плохо. Однако же есть индустрия, которой нынешняя пандемия очень на руку: "кому война, а кому мать родна". И это разумеется биотех, а вовсе не университетская фундаментальная наука. Университетская наука наоборот страдает, сейчас отложено рассмотрение множества грантов, которые не имеют отношения к КОВИД-19. И уже пошли жертвы такого откладывания: мою подругу в мае увольняют из местного университета за недостаточностью денег. С другой стороны - ее босс - это полный отстой, так что может оно так и лучше, а ее я попробую перетащить в нашу контору.

Зато все, кто может, сейчас кинулись решать проблемы, связанные с нынешней пандемией. Расскажу про нашу контору Приобретенный Иммунитет, и сразу добавлю, что все эти сведения есть в открытом доступе, и никаких тайн я не раскрываю. А начну с общих вещей: приобретенный иммунитет организма основан на диком разнообразии рецепторов иммунных клеток лимфоцитов. Так называемые Т-лимфоциты несут рецепторы на поверхности, а В-лимфоциты их секретируют (выделяют) в виде антител. Каждый лимфоцит умеет делать только один рецептор и соответственно имеет один специфический ген своего специфического рецептора. Как мы знаем из школьной биологии, все клетки одного и того же организма несут одинаковый набор генов. Это положение для лимфоцитов неверно. Клетки-предшественники действительно несут одинаковый набор генов, общий геном. В общем геноме вместо конкретного гена рецептора имеется как бы конструктор-лего с кучей разных кусочков-фрагментов, и состав конструктора в начале одинаков. Однако при созревании лимфоцитов происходит перетасовка и выбрасывание кусочков, а также случайные вставки, и в конце концов от конструктора остается только уже собраная и готовая моделька рецептора. Поэтому зрелые лимфоциты несут по одному специфическому гену рецептора, эти гены отсутствуют у всех прочих клеток, и одинаковы только у клонов, лимфоцитов, которые образовались при делении общего предшественника. Так как процесс сборки рецептора идет случайным образом, то именно так и возникает дикое разнообразие, когда у одного и того же человека в крови могут болтаться клетки с триллионом разных рецепторов (триллион это еще нижняя оценка). Для справки, разных функциональных генов в геноме человека меньше 20 тысяч, совсем другой порядок величин.

Готовые лимфоциты с собраными рецепторами обречены на смерть, если только не найдется подходящий антиген (вещество, которое организм рассматривает как чужеродное или потенциально опасное), с которым рецептор может связаться. Все это обычно в популярной литературе представляют как множество ключей-рецепторов, которые ищут себе подходящий замок, причем замков совсем немного. Клетки с ключем без замка обречены на самоубийство (апоптоз). Зато если есть подходящий замок, то носители ключа начинают бурно размножаться. И вдобавок начинается эволюционный процесс для тонкой подгонки ключа, чтобы увеличить соответствие.

Наша контора занимается анализом рецепторов лимфоцитов путем прочтения генов, которые их кодируют. Постройка моделек-ключей идет из известных кусочков конструктора, плюс в геноме есть довольно одинаковые куски генетического материала. Так что есть поднапрячься, то можно с помощью ПЦР вычленить и преумножить специфичецкие куски генов рецепторов, прочесть последовательность ДНК и воссоздать так называемый "репертуар рецепторов" для каждого человека. Надо только помнить, что так как разнообразие огромно, и за раз репертуар строят на основе небольшого образца, например, 10 мл крови, то полученный иммунный репертуар будет содержать массу шума, одиночных рецепторов, которые никак невозможно ни к чему привязать. Однако же если в общем шуме найти рецепторы с высокой частотой встречаемости, то сразу понятно, что они нужны и важны, раз так размножились. На таком клональном размножении лимфоцитов с нужным рецептором и основано развитие иммунитета к инфекциям, а также иммунная память.

Нынешняя эпидемия - это колоссальный эксперимент по выработке иммунитета на новый вирус у огромной человеческой популяции, немудрено, что наши ученые потирают руки и только стараются не очень выражать свою радость на публике. Да еще и рынок ценных бумаг зашатался, и всем кажется, что биотех меньше трясет, поэтому деньги не убывают, а скорее прибывают. И за последние две недели наши объявили два больших проекта, связанных с КОВИД-19.

Первый - это разработка диагностики по рецепторам лимфоцитов. У наших есть большая база данных по рецепторам: к ноябрю 2019 она содержала 37 миллиардов последовательностей генов из самых разных человеческих популяций. Наши полагают, что до ноября 2019 рецепторов на КОВИД-19 в ней не было. Предположение второе - сейчас есть много инфицированных, больных и выздоровевших, у который рецепторы на КОВИД-19 уже есть. У наших есть сотрудничество с Микрософтом, а значит доступ к их компьютерным мощностям и искусственному интеллекту. Однако простой перебор в поиске разницы двух популяций - до и после ноября 2019 - принесет горы ложно-положительного шума, просто за счет дикого разнообразия. Разбираться в шуме - это очень большая трата времени.

Поэтому в целях ускорения предлагаемый подход начинается с выяснения, какая часть вируса наиболее иммунногенна. Берется готовый вирус (уже доставлен), разбирается на куски - короткие олигопептиды, и добавляется к свеженьким и "наивным" человеческим лимфоцитам, которые свой рецептор уже сконструировали в процессе созревания, но еще его не проверили в деле. Такие клетки можно отобрать из донорской крови, рутинный процесс. Дальше происходит проверка: если ключ-рецептор подошел к замку-олигопептиду вируса, то соответствующие клетки начинают размножаться. А все клетки с неподошедшими ключами дохнут. ДНК выделяют из выживших, читают последовательность рецепторов, и определяют, сколько специфичецких рецепторов образовалось на каждый антиген-олигопептид. Если много, значит вот она мишень иммунного ответа, которая нам нужна. Ну и побочный результат - эта мишень еще и может использоваться для изготовления вакцин.

Однако путь лежит дальше. Когда выяснена вирусная мишень (вернее 5-10-20), дальше такой же эксперимент по стимуляции проводят уже с колоссальным количеством иммунных клеток. Тут задача - это выявить по максимуму структуру/последовательность возможных рецепторов для каждой мишени. Ведь некий мотив - та самая бородка ключа, которая соответствует внутренности замка, должен быть похож, иначе не будет распознавания. Ну и надо собрать как можно больше подходящих ключей, ведь процесс распознавания идет у каждого больного автономно, ключи возникают в результате случайного перебора и могут отличаться.

А когда выявлены мотивы, то дальше их надо сначала прогнать через нашу базу данных без КОВИД-19 (до ноября 2019), убедиться в специфичности. А потом сравнить с иммунным репертуаром у инфицированных, чтобы подтвердить, что мотив действительно возникает против вируса. А на последнем этапе надо собрать как можно больше разных рецепторов с данным мотивом от переболевших. Весь этот многоступенчатый процесс наши хотят прогнать за полгода. Процесс пошел, работа началась.

Перспективы естественно сияющие. Если знать, какие рецепторы вырабатываются на КОВИД-19, то можно быстро тестировать вакцины: если образуются соответствующие рецепторы, значит она работает. Можно проводить триаж пациентов: если у человека хорошо развивается свой иммунный ответ, то течение болезни скорее всего пройдет спокойно, организм сам справится.

Ну и если похожую работу провести с В лимфоцитами, то можно в перспективе установить последовательность для нейтрализующего антитела - лекарства от вируса. Именно этот проект объявили на прошлой неделе в сотрудничестве с компанией АМГЕН, которая умеет изготовлять антитела с известной последовательностью рецептора. И тоже хотят сделать за полгода - ибо дорого яичко к Христову дню. Эпидемия пройдет, шальные деньги схлынут. И хорошо, если останутся тесты, вакцины, лекарство, а значит и репутация. Ибо следом надо браться за другие инфекции, и у наших уже есть диагностика на болезнь Лайма по рецепторам приобретенного иммунитета. И трудно достижимая, но очень привлекательная цель - прочесть всю историю болезней каждого человека по его репертуару иммунноых рецепторов.

Написала, и сама очень воодушевилась. Но лично мой вклад в новые проекты невелик - это оптимизировать ПЦР для чтения рецепторов, разрабатывать контроли, тестировать предлагаемые схемы анализов, и работать пожарным - если что-то горит, не работает как должно, то выяснять почему. Ибо анализы довольно сложны и многоступенчаты, там много чего может сломаться. Главные конечно - это наша клиническая лаборатория, которая работает 24/7, у них сейчас 6 смен по 12 часов каждая, с отдыхом в 2.5 дня в промежутке.
Tags: american life, science-biology
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 85 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →