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.

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.