Fig. 1:Visualización de la superficie de la levadura de hipermutación autónoma (AHEAD). a, Esquema para la rápida evolución de la unión de alta afinidad utilizando AHEAD. Ab, fragmento de anticuerpo; DNAP, ADN polimerasa; DECIR AH, etiqueta de hemaglutinina. B, Gráfico de citometría que muestra la detección de un fragmento de anticuerpo monocatenario funcionalmente mostrado en la superficie (scFv) y un nanocuerpo funcionalmente mostrado en la superficie (Nb) codificado en el plásmido ortogonal p1, replicado por un DNAP ortogonal asociado. La DNAP ortogonal utilizada en este caso fue la wt TP-DNAP1 (Métodos) en lugar de la variante TP-DNAP1-4-2 propensa a errores que se utilizó para todos los experimentos posteriores de evolución de AHEAD. Los antígenos afines para 4-4-20 (fluoresceína) y AT110 (AT1R) se marcaron con biotina y etiqueta FLAG, respectivamente, y detectado con estreptavidina conjugada con AF647 y anti-FLAG conjugado con aloficocianina, respectivamente. La etiqueta HA se detectó con anti-HA de ratón y un anticuerpo secundario conjugado con AF488 anti-ratón de cabra. De:Generación rápida de anticuerpos potentes por hipermutación autónoma en levadura
Cuando ingresan al cuerpo bacterias o virus dañinos, Las células inmunes detectan proteínas reveladoras conocidas como antígenos en las superficies de los invasores y envían ejércitos de anticuerpos para defenderse. Si algunos de esos anticuerpos tienen la forma correcta, pueden aferrarse y bloquear los antígenos como la llave de un candado.
Pero nuestro sistema inmunológico no siempre tiene los anticuerpos adecuados para combatir a un invasor en particular. Entonces, durante las últimas décadas, los científicos aprendieron a trabajar con animales como camellos y llamas, y utilizar técnicas de diseño sintético en el laboratorio, para generar anticuerpos que puedan convertirse en medicamentos.
Hasta la fecha, la FDA ha aprobado más de 85 terapias con anticuerpos, incluyendo dos autorizaciones de emergencia concedidas para el tratamiento de COVID-19.
A pesar de su éxito, Los enfoques actuales tienen inconvenientes. En un esfuerzo por superar estos obstáculos, investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard y la Universidad de California, Irvine, han desarrollado un más rápido, más simple y tecnología adaptativa más barata para generar anticuerpos altamente especializados.
Ya han usado la plataforma, apodado ADELANTE, para desarrollar anticuerpos contra el virus que causa COVID-19. Otros grupos ahora están investigando esos anticuerpos como base para pruebas de diagnóstico y terapias.
"Creemos que AHEAD será una herramienta poderosa para descubrir y optimizar rápidamente los anticuerpos, especialmente para abordar patógenos de rápida evolución, "dijo Andrew Kruse, profesor de química biológica y farmacología molecular en el Instituto Blavatnik del HMS y co-investigador principal del estudio con Chang Liu en UC Irvine.
Un descubrimiento de anticuerpos más rápido podría acelerar el desarrollo de fármacos, pruebas de diagnóstico, y experimentos científicos básicos.
Como se informó el 24 de junio en Biología química de la naturaleza , el método utiliza levadura para producir cientos de millones de diferentes fragmentos de anticuerpos sintéticos llamados nanocuerpos. Los investigadores pueden dejar caer su antígeno de interés, como la proteína de pico que el SARS-CoV-2 usa para ingresar e infectar células humanas, en un vial de la levadura y ver qué nanocuerpos se adhieren.
El equipo diseñó la levadura para que los nanocuerpos evolucionen con cada generación. Eso permite a los investigadores elegir a los ganadores de la primera ronda, ponlos en un frasco nuevo, y realizar un segundo tipo para obtener nanocuerpos que se fijen en el antígeno con aún más éxito. Pueden ejecutar rondas adicionales hasta que estén satisfechos de que tienen uno o más nanocuerpos que se unen bien, y unir solo, al antígeno causante de la enfermedad, maximizar la posibilidad de desarrollar una terapia que sea eficaz y tenga efectos secundarios mínimos.
Todo el proceso utiliza técnicas de cultivo de levadura estándar de laboratorio y toma solo una semana y media a tres semanas. Los investigadores pueden buscar nanocuerpos contra muchos antígenos diferentes al mismo tiempo.
"Podemos desarrollar anticuerpos a una velocidad y escala previamente inaccesibles, ", dijo Kruse." Es una nueva forma de hacer ingeniería combinatoria de proteínas ".
AHEAD es la abreviatura de Autonomous Hypermutation yEast surfAce Display.
El trabajo se basa en una plataforma anterior dirigida por Kruse y un colega de la Universidad de California, San Francisco. La nueva versión se diferencia en sus capacidades de evolución autónoma, que imitan la forma en que los anticuerpos evolucionan naturalmente en llamas y camellos.
"Es emocionante llevar este poderoso proceso inmunológico en animales a las células de levadura, "dijo Conor McMahon, co-primer autor del artículo con Alon Wellner en el laboratorio de Liu. McMahon realizó el trabajo mientras era becario postdoctoral en el laboratorio de Kruse. Ahora es Vertex Fellow en Vertex Pharmaceuticals.
Potencial para la pandemia
Si bien AHEAD tiene el potencial de producir anticuerpos contra amenazas como cánceres y proteínas involucradas en condiciones autoinmunes, Kruse y sus colegas están enfocados por el momento en usar la tecnología para combatir COVID-19.
"Queríamos poner en marcha este proyecto lo más rápido posible, "dijo Kruse, "y esperamos poder actuar aún más rápido si algo como esta pandemia vuelva a ocurrir".
Cuando los investigadores introdujeron antígenos del SARS-CoV-2 en los viales de levadura, descubrieron nanocuerpos que los neutralizaron al menos tan bien como, y en algunos casos mejor que, anticuerpos existentes generados a partir de pacientes humanos, animales y experimentos de laboratorio.
Los nanocuerpos tuvieron un éxito variable en convencer a los antígenos de que se unieran a ellos en lugar de al receptor ACE2. que el SARS-CoV-2 utiliza para ingresar a las células humanas.
Algunos colegas que avanzaron con los candidatos a nanocuerpos más prometedores han comenzado a ver resultados similares en modelos animales, mientras que otros están utilizando los nanocuerpos para tratar de desarrollar mejores herramientas para detectar el SARS-CoV-2 y los coronavirus relacionados, según Kruse y coautores.
AHEAD también podría ayudar a los expertos a responder más rápido cuando surjan nuevas variantes del SARS-CoV-2 o patógenos completamente nuevos.
"Si el SARS-CoV-2 evoluciona de una manera que escapa a las actuales terapias de anticuerpos de uso de emergencia, deberíamos poder desarrollar nuevos en aproximadamente dos semanas para bloquear las variantes de escape, "dijo Kruse.
Dado que "casi cualquier laboratorio de biología" está equipado para utilizar equipos y técnicas simples, AHEAD debería empoderar a muchos grupos para que trabajen en la búsqueda de soluciones a futuros brotes "en una respuesta distribuida que satisfaga la urgencia del problema, "Kruse agregó.
Los laboratorios de Debora Marks, profesor asistente de biología de sistemas en HMS, y Jonathan Abraham, profesor asistente de microbiología en HMS, contribuido al trabajo. El equipo publicó un artículo relacionado en Comunicaciones de la naturaleza detallando las novedosas técnicas computacionales que desarrollaron para permitir ADELANTE.
