Onderzoekers aan het Karolinska Institutet in Zweden hebben, in samenwerking met onderzoekers in Duitsland en de VS, nieuwe kleine antilichamen ontwikkeld, ook wel nanobodies genoemd, tegen het SARS-CoV-2 virus. De onderzoeksstudie, gepubliceerd in Science toont aan dat een gecombineerd nanolichaam een bijzonder goed effect had zelfs als het virus is gemuteerd. Volgens de onderzoekers hebben de nanobodies het potentieel om te worden ontwikkeld in een behandeling voor COVID-19.
Specifieke eiwitten, spike eiwitten, op het oppervlak van het SARS-CoV-2 coronavirus helpen het virus cellen te infecteren. Daarom zijn antilichamen die de spike eiwitten blokkeren en voorkomen dat ze zich binden aan de cel een manier om de infectie te stoppen.
Vanuit het perspectief van mogelijke therapeutische interventies, kunnen kleine fragmenten van antilichamen, aangeduid als enkeldomein antilichamen (sdAb) of nanobodies, een beter alternatief zijn dan reguliere antilichamen. Dat is omdat nanobodies aanzienlijk kleiner zijn. Ze zijn dus in staat om zich op meer plaatsen aan het virus te binden dan gewone antilichamen dat kunnen. Nanobodies hebben ook een grotere stabiliteit en zijn gemakkelijk kosteneffectief te produceren op grote schaal.
Onderzoekers aan het Karolinska Institutet publiceren nu in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Bonn in Duitsland en het Scripps Research Institute in Californië, een studie die nieuwe nanobodies tegen de SARS-CoV-2-infectie beschrijft.
“Uniek is hier dat we nanobodies aan elkaar hebben gestikt die zich binden aan twee verschillende plaatsen op het spike eiwit van de virus”, zegt Martin Hällberg, onderzoeker bij de afdeling Cell and Molecular Biology aan het Karolinska Institutet, en één van de onderzoekers van de studie.
“Deze combinatie variant bindt beter dan individuële nanobodies en is dan ook uitzonderlijk effectief in het blokkeren van het vermogen van het virus om zich te verspreiden tussen de menselijke cellen in celkweek.”
Bovendien werkten de gecombineerde nano antilichamen zelfs wanneer ze werden getest op een virusvariant dat extreem snel muteert.
“Dit betekent dat het risico erg klein is dat het virus resistent zou worden tegen deze gecombineerde nanobodies,” merkt Martin Hällberg op.
Om de nanobodies te maken werden alpaca’s en lama’s, wiens immuun systeem van nature zowel antilichamen als nanobodies produceert, gevaccineerd met het spike proteïne van het coronavirus. Onder de nanobodies gegenereerd door de dieren, selecteerden de onderzoekers de beste bindmiddelen. Van deze werden er vier geïdentificeerd die een uitzonderlijk vermogen vertoonden de verspreiding van het virus onder menselijke gekweekte cellen te blokkeren.
De onderzoeksgroep van Karolinska Institutet gebruikten elektronen cryomicroscopie (cryo-EM) om in detail te bestuderen hoe de verschillende nanobodies zich binden aan het spike eiwit van het virus. Dankzij hun structurele kennis waren ze in staat om geschikte eiwitverbindingen voor te stellen om verschillende nanobodies samen te binden in combinaties die relevant zijn voor onderzoek, evenals een mogelijke verklaring te geven voor het mechanisme dat het virus neutraliseert.
“Mijn favoriet is het nanobody van de lama,” zegt Martin Hällberg. “Het bindt zich direct aan het oppervlak waar het virus de gastheercel receptor ACE2 bindt, en het nanobody verenigt zich ook met een grote meerderheid van de aminozuren die cruciaal zijn voor de binding met ACE2. Dit betekent dat het virus het buitengewoon moeilijk zal hebben om te muteren op dat oppervlak en zich tegelijkertijd aan ACE2 te kunnen binden. Een variant waar dit lama antilichaam is gekoppeld aan één van de antilichamen van alpaca was een val waar het virus in onze experimenten nooit uit is gekomen.”
De onderzoekers hopen nu dat hun nanobodies zullen ontwikkeld worden tot een medicinale behandeling als aanvulling op vaccinatie tegen COVID-19.
Vertaling: Andre Teirlinck