Введение
Субвирусные агенты, не содержащие нуклеиновых кислот. Вирусные частицы (VLP) – это молекулы, тесно напоминающие вирусы, но неинфекционные, поскольку не содержат вирусного генетического материала. Они могут возникать естественным образом или синтезироваться путем индивидуальной экспрессии вирусных структурных белков, которые затем самособираются в структуру, подобную вирусной. Комбинации структурных капсидных белков из разных вирусов могут быть использованы для создания рекомбинантных VLP. Успешно показано, что как in vivo сборка (то есть сборка внутри бактерий *E. coli* посредством рекомбинантной коэкспрессии нескольких белков), так и in vitro сборка (то есть самосборка белков в реакционной смеси с использованием стехиометрических количеств предварительно очищенных белков) приводят к формированию вирусных частиц. VLP, полученные из вируса гепатита B (HBV) и состоящие из малого поверхностного антигена, производного от HBV (HBsAg), были описаны в 1968 году в сыворотке пациентов. VLP были получены из компонентов широкого спектра семейств вирусов, включая Parvoviridae (например, аденоассоциированный вирус), Retroviridae (например, ВИЧ), Flaviviridae (например, вирус гепатита C), Paramyxoviridae (например, Нипах) и бактериофагов (например, Qβ, AP205). VLP также могут относиться к структурам, производимым некоторыми ретротранспозонами LTR (в составе Ortervirales) в природе. Это дефектные, незрелые вирионы, иногда содержащие генетический материал, которые, как правило, неинфекционны из-за отсутствия функциональной вирусной оболочки. Кроме того, осы производят полиднавирусные векторы с патогенными генами (но не основными вирусными генами) или VLP, лишенные генов, чтобы помочь контролировать своих хозяев.
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.
Терапевтические и визуализирующие средства
VLP являются перспективной системой доставки генов или других терапевтических средств. Эти средства доставки лекарств показали эффективность в отношении раковых клеток в условиях in vitro. Предполагается, что VLP могут накапливаться в опухолях благодаря эффекту повышенной проницаемости и удержания, что может быть полезно для доставки лекарств или визуализации опухолей.
Вакцины
ВЛП полезны в качестве вакцин. ВЛП содержат повторяющиеся, плотные дисплеи вирусных поверхностных белков, которые представляют конформационные вирусные эпитопы, способные вызывать сильные иммунные ответы Т- и В-клеток. Доступны вакцины на основе вирусных частиц, такие как Cervarix от GlaxoSmithKline, а также Gardasil и Gardasil 9, произведенные компанией Merck & Co. Gardasil состоит из рекомбинантных ВЛП, собранных из белков L1 типов вируса папилломы человека (ВПЧ) 6, 11, 16 и 18, экспрессированных в дрожжах. Он адъювирован сульфатом гидроксифосфата алюминия. Gardasil 9 состоит из эпитопов L1 типов 31, 33, 45, 52 и 58 в дополнение к эпитопам L1, содержащимся в Gardasil. Cervarix состоит из рекомбинантных ВЛП, собранных из белков L1 типов ВПЧ 16 и 18, экспрессированных в клетках насекомых, и адъювирован 3-O-дезацил-4-монофосфорилипидом (MPL) A и гидроксидом алюминия. Первая вакцина на основе ВЛП против малярии, Mosquirix (RTS,S), одобрена регуляторными органами ЕС. Она экспрессируется в дрожжах. RTS,S представляет собой фрагмент циркумспорозоитного белка Plasmodium falciparum, слитый с поверхностным антигеном вируса гепатита B (RTS), объединенный с поверхностным антигеном вируса гепатита B (S) и адъювированный AS01 (состоящим из (MPL)A и сапонина). Производство вакцины может начаться сразу после секвенирования штамма вируса и занимает всего 12 недель, по сравнению с 9 месяцами для традиционных вакцин. В ранних клинических испытаниях вакцины на основе ВЛП против гриппа продемонстрировали полную защиту как от подтипа вируса гриппа A H5N1, так и от пандемии гриппа 1918 года. Novavax и Medicago Inc. провели клинические испытания своих вакцин против гриппа на основе ВЛП. В разработке находятся несколько вакцин на основе ВЛП против COVID-19, включая Novavax. ВЛП использовались для разработки доклинического кандидата в вакцины против вируса чикунгунья.
Биоинспирированный синтез материалов
Компартментализация – распространенная тема в биологии. Природа изобилует примерами иерархически организованных многокомпонентных структур, которые самособираются из отдельных строительных блоков. Вдохновляясь природой, синтетические подходы с использованием полимеров, фазоразделенных микрокапель, липидов и белков применялись для имитации иерархической компартментализации природных систем и создания функциональных биоинспирированных наноматериалов. Например, самосборка белков использовалась для инкапсуляции нескольких копий белковых клеток ферритина в качестве субкомпонент внутри вирусной частицы P22, выступающей в роли более крупного компартмента, по сути формируя структуру, подобную матрешке – вложенную клетку в клетку. Авторы также продемонстрировали стехиометрическую инкапсуляцию фермента CelB, гидролизующего целлобиозу, β-гликозидазы, вместе с белковыми клетками ферритина, используя стратегию самосборки in vitro для создания многокомпонентной белковой клетки, вдохновленной клеткой. С помощью аналогичной стратегии ферменты, биосинтезирующие глутатион, были инкапсулированы внутри вирусной частицы бактериофага P22. В отдельном исследовании цитохром C размером 3,5 нм, обладающий пероксидазоподобной активностью, был инкапсулирован внутри белковой клетки Dps размером 9 нм для формирования структуры белковой клетки, вдохновленной органеллой.
Технология липочастиц
Липочастица VLP была разработана для облегчения изучения интегральных мембранных белков. Липочастицы – это стабильные, высокоочищенные, однородные VLP, сконструированные для содержания высоких концентраций интересующего мембранного белка, сохранившего свою конформацию. Интегральные мембранные белки участвуют в разнообразных биологических функциях и являются мишенью для почти 50% существующих терапевтических препаратов. Однако из-за наличия гидрофобных доменов, манипулировать мембранными белками вне живых клеток затруднительно. Липочастицы способны включать широкий спектр структурно неповрежденных мембранных белков, включая рецепторы, связанные с G-белком (GPCR), ионные каналы и вирусные оболочки. Липочастицы предоставляют платформу для множества применений, таких как скрининг антител, производство иммуногенов и анализ связывания лигандов.
Сборка
Понимание самосборки ВЛП изначально базировалось на изучении сборки вирусов. Это логично, поскольку сборка ВЛП происходит внутри клетки-хозяина (in vivo), хотя самосборка была обнаружена in vitro с самого начала исследований по сборке вирусов. Исследования также показывают, что сборка ВЛП in vitro конкурирует с агрегацией, и в клетке существуют механизмы, предотвращающие образование агрегатов во время сборки.
Связывание целевых групп с поверхностями VLP
Прикрепление белков, нуклеиновых кислот или малых молекул к поверхности VLP, например, для нацеливания на определенный тип клеток или для стимуляции иммунного ответа, является полезным. В некоторых случаях белок, представляющий интерес, может быть генетически объединен с белком вирусной оболочки. Однако этот подход иногда приводит к нарушению сборки VLP и имеет ограниченное применение, если таргетирующий агент не является белком. Альтернативным решением является сборка VLP с последующим использованием химических сшивающих агентов, реакционноспособных неестественных аминокислот или реакции SpyTag/SpyCatcher для ковалентного присоединения интересующей молекулы. Этот метод эффективно направляет иммунный ответ против прикрепленной молекулы, тем самым индуцируя высокие уровни нейтрализующих антител и даже позволяя преодолеть толерантность к аутоантигенам, представленным на VLP.