Назад
С начала пандемии COVID-19 появилось множество вирусных вариантов SARS-CoV-2.
Эти варианты продемонстрировали повышенную трансмиссивность, вирулентность и способность уклоняться от иммунитета. Самым последним из обнаруженных вариантов, представляющих интерес, является вариант Омикрона B.1.1.529, который содержит наибольшее количество мутаций на сегодняшний день. В новой научной работе, опубликованной в журнале Cell Reports, рассматривается функциональная значимость некоторых из этих мутаций с точки зрения их способности избегать нейтрализующего ответа антител. Более конкретно, исследователи изучили способность мутаций Омикрона изменять ответ антител.
Омикрон имеет 11 мутаций в своем сайте связывания рецептора (RBS), который отвечает за большинство серологических ответов. Такие мутации сохраняют способность вируса связываться с рецептором ангиотензин-конвертирующего фермента 2 (ACE2) хозяина, избегая нейтрализующих антител, которые появляются после естественной инфекции или вакцинации. Связывание ACE2 связано с некоторыми мутациями Омикрона, а именно S477N, E484K, N501Y и Q498R. И наоборот, уклонение от иммунитета связано с мутациями K417N, E484A и Q498R. Влияние этих мутаций является относительным по сравнению с серологическим ответом на вирус дикого типа.
Антигенность В-клеток характеризует степень связывания антигена с антителами В-клеток, прошедших аффинное созревание. Аффинное созревание зависит от возникновения соматических гипермутаций, которые увеличивают специфичность распознавания и сродство данного антигена к данному антителу. Антитела часто связываются с конформационными эпитопами, образованными остатками, собранными вместе в результате конформации белка, несмотря на то, что они расположены далеко друг от друга вдоль последовательности белка. Поэтому сложно предсказать эпитопы на основе одной лишь последовательности или составить полную карту эпитопов антител.
Ученые использовали свою новую платформу моделирования ScanNet, основанную на машинном обучении, для предсказания сайтов связывания В-клеток и белков с белками, используя либо экспериментальную, либо расчетную структуру. Кроме того, ScanNet предоставляет оценку вероятности каждого эпитопа по остаткам, называемую профилем антигенности.
Точность предсказаний ScanNet выше, чем у многих других используемых в настоящее время методов. Важным примером является хорошее соответствие между профилем антигенности, созданным ScanNet для домена связывания рецептора шипа (RBD) SARS-CoV-2 дикого типа, и экспериментально полученной частотой попадания антител, основанной на структуре комплекса шип-антитело. Таким образом, данная платформа способна предсказывать распределение эпитопов по антигенам. ScanNet предсказала, что Омикрон будет связан с пониженной антигенностью RBS, тогда как варианты вызывающие беспокойство (VOC) Альфа, Бета и Дельта имеют умеренное повышение по сравнению со штаммом дикого типа SARS-CoV-2. Были определены места пониженной антигенности у Омикрона. Более того, ученые обнаружили, что изменение антигенности было наиболее значительным в наиболее часто встречающихся антигенах-мишенях.
Поскольку в Омикроне имеется 15 мутаций, которые способствуют изменению антигенности, исследователи смоделировали структуру каждой мутации. Более 50% мутаций были связаны с пониженной антигенностью, особенно Q493R, G496S и Q498R, в то время как одна треть была связана с повышенной антигенностью. Остальные мутации не имели очевидной связи с антигенностью. По сравнению с 26%-ным снижением антигенности, продемонстрированным всеми точечными мутантами, тенденция к снижению, показанная Омикроном, по-видимому, обусловлена эволюционным давлением, при этом аналогично действующие мутации демонстрируют взаимное усиление.
Затем был проведен эксперимент на мышах с использованием RBD дикого типа и VOC. После инокуляции любым из этих RBD повторная стимуляция вызывала у мышей сопоставимые и сильные Т-клеточные ответы, независимо от первоначальной стимуляции. Это указывает на сильный ответ Т-хелперных клеток первого типа (Th1), сопровождаемый сильным ответом Th17, обусловленным мукозальным механизмом иммунизации. Интерлейкин 17 (IL-17) был обнаружен на сопоставимых уровнях у всех мышей, что говорит о его происхождении от CD4 Т-клеток, реагирующих на специфические антигены. Напротив, уровень гамма-интерферона (IFN γ), вырабатываемого клетками врожденного иммунитета после неспецифической вирусной стимуляции, был высоким.
После иммунизации мышей против различных RBS VOC, титры антител были значительно ниже у иммунизированных Омикроном животных и в 15 раз ниже, чем у дикого типа или любого другого RBD VOC. Этот результат совпал с предсказанной ранее потерей антигенности RBD Омикрона, связанной с его мутационным профилем. В то время как большинство антител нацелены на RBD, который демонстрирует чрезвычайную изменчивость среди VOC, другие антитела связываются с консервативными эпитопами. Титры антител в образцах сыворотки мышей, иммунизированных диким типом, были сопоставимо высокими против Альфа и Дельта, но меньшими против Бета. Наиболее значительное снижение было против Омикрона. Это согласуется с клиническими результатами, полученными у людей, что подтверждает полезность мышиной модели.
Сыворотки, иммунизированные Омикроном, содержали заметно более низкие серологические титры против любого другого VOC, но демонстрировали эффективное связывание с RBS Омикрона. Таким образом, RBS Омикрона представляется высоко антигенным, с дополнительным вкладом других перекрестно-реактивных эпитопов. Перекрестно-реактивные антитела составили почти одну треть всех антител, обнаруженных в сыворотках, иммунизированных Омикроном или дикого типа.
Сыворотки, иммунизированные Омикроном, имели только 6% нейтрализующей активности против RBS дикого типа по сравнению с сыворотками дикого типа против RBD Омикрона. Это указывает на консервативное распространение антигенных эпитопов, при этом иммунное уклонение в основном связано с RBS и другими консервативными эпитопами. Бета-иммунизированные сыворотки имели на 50% меньшую активность против RBD Омикрона по сравнению с 70% потерей активности против RBD дикого типа, при сопоставимых титрах антител в обоих группах образцов. Это указывает на то, что три общих остатка между Бета и Омикроном не отвечают за снижение антигенности.
Сыворотки дикого типа не нейтрализовали псевдовирусы Омикрона, несмотря на некоторую степень перекрестной реактивности. Сыворотки Омикрона также не нейтрализовали псевдовирусы Омикрона и псевдовирусы дикого типа. Снижение антигенности коронавируса простуды hCoV229E наблюдалось с течением времени и было обнаружено, что оно связано с мутациями RBS, после которых наблюдаются восходящие и нисходящие колебания. Это может указывать на фазу адаптации к антителам хозяина, за которой следует дальнейшая адаптация посредством мутаций в иммунодоминантных регионах, чтобы избежать нейтрализующих антител, индуцированных более ранними инфекциями. Это может предсказать течение SARS-CoV-2 в будущем.
"Наше исследование согласуется как с результатами доклинических испытаний вакцин, так и с клиническими данными по выздоровлению и позволяет понять глубинный механизм ослабленного серологического ответа хозяина против Омикрона", - пишут авторы. Исследователи предполагают наличие механизма иммунного сокрытия, а не стратегии иммунного бегства, при воздействии Омикрона, что связано с новым механизмом улучшения приспособляемости вируса. Это может объяснить быстрое и стойкое доминирование Омикрона над Дельтой. Это также согласуется с наблюдениями, что сыворотки дикого типа более эффективны против Омикрона, чем сыворотки Омикрона от невакцинированных людей. Сыворотки с Омикроном не нейтрализуют ни один другой VOC. Способ иммунного уклонения заключается в заметном снижении антигенности RBS, что может привести к плохому аффинному созреванию и более медленному ответу антител.
Будущие исследования могут включать анализ Т-клеточных и Fc-эффекторных механизмов иммунитета против Омикрона. Тем не менее, настоящее исследование позволяет лучше понять, как SARS-CoV-2 может эволюционировать в будущем, а также проблемы, связанные с созданием эффективной вакцины против этого варианта.
Tubiana, J., Xiang, Y., Fan, L., et al. Пониженная В-клеточная антигенность Омикрона снижает серологический ответ хозяина (аннотация).
Вариант SARS-CoV-2 Омикрон уклоняется от большинства нейтрализующих антител, вызванных вакциной, и ассоциируется с более низкими титрами антител при прорывных инфекциях, чем предыдущие варианты. Однако механизм этого явления остается неясным.
В данном исследовании с помощью модели глубинного обучения мы обнаружили, что сильно мутировавший сайт связывания рецептора (RBS) Омикрона обладает пониженной антигенностью по сравнению с предыдущими вариантами. Эксперименты по иммунизации мышей различными вариантами рекомбинантных рецепторсвязывающих доменов (RBD) подтверждают, что серологический ответ на Омикрон резко ослаблен и менее эффективен. Анализ перекрестной реактивности сыворотки и конкурентный ИФА выявили снижение реакции антител как на вариабельные, так и на консервативные эпитопы RBD. Вычислительное моделирование подтверждает, что RBD имеет потенциал для дальнейшего снижения антигенности при сохранении эффективного связывания с рецептором. Наконец, мы обнаружили аналогичную тенденцию снижения антигенности на десятки порядков для hCoV229E, распространенного коронавируса простуды.
Таким образом, наше исследование объясняет снижение титра антител, связанное с инфекцией Омикрон, и показывает возможную траекторию будущей вирусной эволюции.
