Учёные из Колледжа сельского хозяйства, здравоохранения и природных ресурсов (CAHNR) и Колледжа гуманитарных и естественных наук (CLAS) Университета Коннектикута продемонстрировали, что новая наночастица на основе белка может повысить эффективность мРНК-вакцин для борьбы с патогеном, вызывающим проблемы у цыплят.
Мазхар Хан, профессор кафедры патобиологии и ветеринарных наук, Чалла В. Кумар, заслуженный профессор кафедры химии, а также аспирантки Анка Рао Каллури и Асену Сакхри сотрудничали в течение нескольких лет и опубликовали свои результаты в журнале Vaccines.
Вирус инфекционного бронхита (IBV) — серьёзная проблема для птицеводов в США и мире
Вирус инфекционного бронхита (IBV), быстро распространяющийся коронавирус, представляет серьёзную угрозу для птицеводов в США и во всём мире. Из-за этой болезни фермеры ежегодно несут миллионные убытки.
В настоящее время фермеры используют живые аттенуированные вакцины или убитые вакцины для борьбы с вирусом. Однако такие вакцины сопряжены с рядом проблем: вирус может реактивироваться, мутировать или рекомбинироваться, создавая вакциноустойчивый или более тяжёлый штамм. Кроме того, у этих вакцин более короткий срок хранения, и для эффективности им требуются дополнительные соединения, известные как адъюванты.
Разработка эффективной альтернативы мРНК-вакцине против IBV
Исследователи разработали эффективную альтернативу мРНК-вакцине против IBV. мРНК-вакцины, подобные вакцинам против COVID-19 у человека, не содержат живого вируса. Вместо этого мРНК кодирует часть генетического кода вируса, а именно шиповидный белок, который отвечает за запуск иммунного ответа и тренирует иммунную систему реагировать на белок.
Однако мРНК-вакцины всё ещё имеют некоторые ограничения, в частности, отсутствие стабильности. мРНК-вакцины быстро разрушаются и должны храниться в условиях контролируемой температуры, что создаёт проблемы на птицефермах.
Использование наночастиц для защиты мРНК
Хан и Сакхри используют новую наночастицу, которая защищает мРНК от быстрого разрушения. Эта частица была изобретена группой Кумара для применения в биологии. Кумар убедил команду работать над мРНК-вакцинами задолго до появления вакцин против COVID-19.
Ранние препятствия заключались в том, чтобы эффективно соединить наночастицы с целевой мРНК. Каллури решила эту проблему, ковалентно присоединив положительно заряженные аминогруппы к частице. Положительно заряженные частицы захватывают отрицательно заряженную мРНК и стабилизируют её.
Сакхри и её коллеги провели детальные клеточные исследования и исследования на животных, используя эти комплексы наночастиц и мРНК.
«Этот проект подчёркивает, как сотрудничество в университетском кампусе способствует быстрому прогрессу в решении сложных научных проблем», — говорит Кумар.
Аминогруппы, прикреплённые к поверхности частицы, не только стабилизируют мРНК, но и защищают её от гидролиза нуклеазами — ферментами, расщепляющими нуклеиновые кислоты, из которых состоят ДНК и РНК в организме.
«Наночастица будет поддерживать стабильность мРНК и доставлять вакцину в клетки, где она будет экспрессировать желаемую мРНК», — говорит Сакхри.
Наночастицы изготавливаются путём модификации бычьего сывороточного альбумина — легкодоступного, недорогого и нетоксичного белка, который является побочным продуктом коммерческого производства говядины.
Исследования показали, что у цыплят, вакцинированных наночастичной мРНК-вакциной, уровень антител против IBV увеличился в 1000 раз по сравнению с контрольной группой, не прошедшей вакцинацию. Их работа также продемонстрировала, что активность иммунных клеток у вакцинированных цыплят увеличилась, что указывает на то, что вакцина усиливает всю иммунную систему для борьбы с инфекцией.
Перспективы развития
С такими многообещающими результатами исследователи изучают более эффективные методы вакцинации. Традиционно фермерам приходится индивидуально вводить цыплятам вакцину, что занимает много времени и вызывает стресс у птиц.
Команда оценивает возможность распыления вакцины на цыплят. Это позволило бы фермерам вакцинировать большие стаи быстро и без стресса для животных.
Хотя в настоящее время IBV не представляет угрозы для здоровья человека, использование наночастиц для повышения стабильности мРНК-вакцин может улучшить человеческие вакцины. Исследователи могут внедрить генетический код возникающего заболевания в платформу наночастичной вакцины для быстрой разработки эффективной мРНК-вакцины. Эта технологическая платформа может быть настроена для борьбы с различными возбудителями болезней в будущем.
«Мы можем использовать наночастицу для человеческих вакцин», — говорит Хан. «Сроки разработки вакцины очень короткие, нам просто нужна специфическая последовательность гена».
Предоставлено Университетом Коннектикута.