Кіріспе
Нуклеин қышқылы жоқ субвирустық агенттер. Вирусқа ұқсас бөлшектер (VLP) – вирустарға өте ұқсас молекулалар, бірақ олар вирустық генетикалық материалды қамтымағандықтан жұқпалы емес. Олар табиғи түрде пайда болуы немесе вирустың құрылымдық ақуыздарының жеке экспрессиясы арқылы синтезделуі мүмкін, содан кейін олар вирусқа ұқсас құрылымға өздігінен жиналуы мүмкін. Рекombинатты VLP-ларды құру үшін әртүрлі вирустардың құрылымдық капсидтік ақуыздарының комбинацияларын пайдалануға болады. In vivo құрастыру (яғни, E. coli бактериясының ішінде көп протеиннің рекомбинантты коэкспрессиясы арқылы құрастыру) және in vitro құрастыру (яғни, бұрын тазартылған протеиндердің стехиометриялық мөлшерлерін пайдалана отырып, реакциялық ыдыста протеиннің өзін-өзі құрастыру) вирусқа ұқсас бөлшектерді табысты түрде құрайтыны көрсетілді. 1968 жылы пациенттердің сарысуынан алынған В гепатиті вирусынан (ВГВ) алынған және ВГВ-дан алынған шағын беткі антигеннен (HBsAg) құралған VLP сипатталды. VLP вирустар отбасыларының көптеген компоненттерінен, соның ішінде Parvoviridae (мысалы, адено-ассоцияланған вирус), Retroviridae (мысалы, ВИЧ), Flaviviridae (мысалы, гепатит C вирусы), Paramyxoviridae (мысалы, Nipah) және бактериофагтар (мысалы, Qβ, AP205) құрамында өндірілген. VLP сонымен қатар табиғаттағы кейбір LTR ретротранспозондары (Ortervirales) өндіретін құрылымдарды білдіре алады. Бұл – ақаулы, жетілмеген вириондар, кейде генетикалық материалды қамтиды, олар, әдетте, вирустың функционалдық қаптамасының жоқтығынан жұқпалы емес. Сонымен қатар, құрттар қожайынды басқаруға көмектесетін патогендік гендері бар (бірақ негізгі вирустық гендері жоқ) немесе ген аз VLP-мен полиднавирус векторларын өндіреді.
Virus like particles (VLPs) are molecules that closely resemble viruses, but are non infectious because they contain no viral genetic material. They can be naturally occurring or synthesized through the individual expression of viral structural proteins, which can then self assemble into the virus like structure. Combinations of structural capsid proteins from different viruses can be used to create recombinant VLPs. Both in vivo assembly (i. e., assembly inside E. coli bacteria via recombinant co expression of multiple proteins) and in vitro assembly (i. e., protein self assembly in a reaction vessel using stoichiometric quantities of previously purified proteins) have been successfully shown to form virus like particles. VLPs derived from the Hepatitis B virus (HBV) and composed of the small HBV derived surface antigen (HBsAg) were described in 1968 from patient sera. VLPs have been produced from components of a wide variety of virus families including Parvoviridae (e. g. adeno associated virus), Retroviridae (e. g. HIV), Flaviviridae (e. g. Hepatitis C virus), Paramyxoviridae (e. g. Nipah) and bacteriophages (e. g. Qβ, AP205). VLPs can also refer to structures produced by some LTR retrotransposons (under Ortervirales) in nature. These are defective, immature virions, sometimes containing genetic material, that are generally non infective due to the lack of a functional viral envelope. In addition, wasps produce polydnavirus vectors with pathogenic genes (but not core viral genes) or gene less VLPs to help control their host.
Терапевтік және бейнелеу құралдары
VLP-лер гендерді немесе басқа да емдік заттарды жеткізуге арналған перспективті жүйе болып табылады. Бұл препарат жеткізушілердің in vitro жағдайында қатерлі жасушаларды тиімді нысанаға алатыны көрсетілген. VLP-лердің өтімділігі мен тұрақтандыру әсерінің күшеюіне байланысты ісік ошақтарында жиналуы мүмкін деген гипотеза бар, бұл препаратты жеткізу немесе ісіктерді бейнелеу үшін пайдалы болуы мүмкін.
Вакциналар
VLP вакцина ретінде пайдалы. VLP-да вирустың беткі протеиндерінің қайталанатын, жоғары тығыздықтағы көрсетілімдері бар, олар T және B жасушаларының күшті иммундық жауабын тудыратын конформациялық вирустық эпитоптарды ұсынады. Адам папиллома вирусына (АПВ) қарсы вирусқа ұқсас бөлшектерге негізделген вакциналардың ішінде, GlaxoSmithKline компаниясының Cervarix вакцинасы, сондай-ақ Merck & Co компаниясы өндірген Gardasil және Gardasil 9 вакциналары бар. Gardasil – 6, 11, 16 және 18 типті АПВ-ның L1 ақуыздарынан құралған рекомбинантты VLP-лардан тұрады, олар ашытқыда экспрессияланады. Оған алюминий гидроксифосфаты сульфаты қосылған. Gardasil 9 құрамында Gardasil-де кездесетін L1 эпитоптарымен қатар 31, 33, 45, 52 және 58 типтерінің L1 эпитоптары да бар. Cervarix – 16 және 18 типті АПВ-ның L1 ақуыздарынан құралған рекомбинантты VLP-лардан тұрады, олар жәндік жасушаларында экспрессияланады және 3 O Desacyl 4 монофосфорил липиді (MPL) A және алюминий гидроксидімен адъювантталған. Еуропалық Одақ реттеушілері малярияға қарсы алғашқы VLP вакцинасы Mosquirix (RTS,S) вакцинасын мақұлдады. Ол ашытқыда өндірілген. RTS,S – Plasmodium falciparum циркумспорозоит ақуызының бір бөлігі, гепатит B беткі антигенімен (RTS) біріктірілген, гепатит B беткі антигенімен (S) қоса байланыстырылған және (MPL)A және сапониннен тұратын AS01 адъювантымен күшейтілген. Вакцина өндірісі вирустың штаммы анықталғаннан кейін басталуы мүмкін және дәстүрлі вакциналарға қарағанда 9 айға қарағанда 12 аптаға дейін созылуы мүмкін. Клиникалық сынақтардың алғашқы кезеңдерінде VLP вакциналары тұмаудың H5N1 вирусының субтипіне де, 1918 жылғы тұмау пандемиясына да толық қорғаныс беруге қабілетті болды. Novavax және Medicago Inc. компаниялары VLP тұмау вакцинасының клиникалық сынақтарын жүргізді. Novavax-ты қоса, COVID-19-ға қарсы бірнеше VLP вакциналары әзірленуде. VLP-лар чикунгунья вирусына қарсы клиникалық сынақтан өткен вакцина кандидатын жасау үшін қолданылды.
Биологиялық материал синтезі
Бөлшектеу – биологияда жиі кездесетін тақырып. Табиғатта жеке құрылыс блоктарынан өздігінен құралатын иерархиялық бөлшектелген көпкомпонентті құрылымдардың көптеген мысалдары бар. Табиғаттан шабыттандырылып, полимерлер, фазалық бөлінген микротамшылар, липидтер және белоктарды қолданатын синтетикалық тәсілдер табиғи жүйелердің иерархиялық бөлшектелуін имитациялау және функционалды биошабытталған наноматериалдарды құру үшін пайдаланылды. Мысалы, ақуыздардың өздігінен құралуы ферритин ақуыз қапшықтарының бірнеше көшірмелерін P22 вирусына ұқсас бөлшектердің ішіндегі кіші бөлімдер ретінде қаптау үшін қолданылды, бұл әсерде, Matryoshka қуыршағы сияқты, қапшық ішінде қапшық құрылымын жасады. Авторлар сондай-ақ, in vitro өздігінен құрастыру стратегиясын қолдану арқылы целлобиозды гидролиздейтін β-гликозидаза ферменті CelB-тің стехиометриялық инкапсуляциясын ферритин ақуыз қапшықтарымен бірге көпбөлмелі жасушаға ұқсас ақуыз қапшық құрылымын құру үшін көрсетті. Ұқсас стратегияны қолдана отырып, глутатионды биосинтездейтін ферменттер бактериофаг P22 вирусына ұқсас бөлшектердің ішіне енгізілді. Басқа зерттеуде пероксидазаға ұқсас белсенділігі бар 3,5 нм кішкентай цитохром С, 9 нм кішкентай Dps ақуыз қапшығының ішіне капсулаланды, нәтижесінде органеллаға ұқсас ақуыз қапшық құрылымы пайда болды.
Липобөлшектер технологиясы
VLP липобөлшегі интегралды мембраналық ақуыздарды зерттеуге көмектесу үшін әзірленді. Липобөлшектер – тұрақты, жоғары тазартылған, біртекті VLP-лер, олар мүсіндік тұтас мембраналық белоктың жоғары концентрациясын қамтиту үшін жасалған. Интегралды мембраналық ақуыздар әртүрлі биологиялық функцияларға қатысады және қазіргі терапиялық препараттардың шамамен 50%-ы оларға бағытталған. Дегенмен, мембраналық белоктардың гидрофобтық домендері болғандықтан, оларды тірі жасушалардан тыс жерде манипуляциялау қиын. Липобөлшектер кең спектрлі құрылымдық тұтас мембраналық ақуыздарды, соның ішінде G протеинімен байланысқан рецепторларды (GPCR), иондық каналдарды және вирусстық қабықшаларды қоса алады. Липобөлшектер антиденелерді тексеру, иммуногендер өндіру және лиганд байланысу сынақтары сияқты көптеген қолданыстар үшін платформа ұсынады.
Құрастыру
VLP-нің өзін-өзі құрастыруы туралы түсінік алғашқыда вирус құрастыруға негізделген. Бұл орынды, егер VLP құрастыру жасуша ішінде (in vivo) жүрсе, алайда вирус құрастыру туралы зерттеулердің бастапқы кезеңдерінен-ақ өзін-өзі құрастыру құбылысы in vitro жағдайында анықталды. Зерттеулер сонымен қатар, VLP-нің in vitro құрастыруы агрегациямен бәсекелесетінін, ал жасуша ішінде құрастыру процесі кезінде агрегаттардың түзілуін қалпына келтіретін белгілі бір механизмдер бар екенін көрсетеді.
Нысаналы топтарды VLP беттеріне байланыстыру
ВЛП бетіне ақуыздарды, нуклеин қышқылдарын немесе кішкентай молекулаларды қосу, мысалы, белгілі бір жасуша түрін нысанаға алу немесе иммундық жауапты күшейту пайдалы. Кейбір жағдайларда, қызығушылық тудыратын ақуыз вирустық қабықша ақуызына генетикалық түрде біріктірілуі мүмкін. Дегенмен, бұл тәсіл кейде ВЛП құрастырылуының бұзылуына алып келеді және нысаналық агент ақуыз негізді болмаса, оның тиімділігі шектеулі. Балама ретінде, ВЛП құрастырылып, содан кейін қызығушылық тудыратын молекуланы ковалентті байланыс арқылы бекіту үшін химиялық байланыстырғыштар, реактивті табиғи емес аминқышқылдары немесе SpyTag/SpyCatcher реакциясы қолданылуы мүмкін. Бұл әдіс иммундық жауапты қосылған молекулаға қарсы бағыттауда тиімді, соның арқасында нейтралдайтын антиденелердің жоғары деңгейі шақырылады және тіпті ВЛП-де көрсетілген өз ақуыздарына қатысты иммундық төзімділікті жоюға мүмкіндік береді.