ד"ר דינה שניידמן פיתחה שיטה מהירה לזיהוי ננו-נוגדנים בעלי פוטנציאל מירבי לפיתוח תרופות

בעלי חיים בני משפחת הגמליים (גמלים, למות, אלפקות, ויקוניות וגואנקות) מייצרים נוגדנים הדומים לאלה של בני אדם ולצידם נוגדנים קטנים יותר, שמשקלם המולקולרי הינו כמחצית מזה של נוגדן אנושי. מן הנוגדנים הייחודיים הללו ניתן להפיק ננו-נוגדנים בעלי משקל מולקולרי נמוך ביותר (ראו תמונה), המסוגלים להיקשר לאיזורים בחלבון המטרה שאינם נגישים לנוגדנים בעלי הגודל הרגיל, וכך לפעול בצורה יעילה יותר. הננו-נוגדנים הינם יציבים ומסיסים, וניתן לספקם לחולים באמצעות שאיפה, בניגוד  לצורך בהזרקה הנדרש למתן הנוגדנים הרגילים. 

לאחר שהלאמה נחשפת למקטע מחלבון  של פתוגן כלשהו, מייצרת המערכת החיסונית שלה תוך חודשיים מגוון גדול של ננו-נוגדנים מסוגים שונים. החוקרים מקבוצתה של ד"ר שניידמן, בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת פיטסבורג פיתחו שיטה מהירה ויעילה לזיהוי ואפיון הננו-נוגדנים המתקשרים באופן היעיל ביותר לחלבוני המטרה, וכך מסייעים בנטרול פתוגנים האחראים למגוון מחלות.

הקבוצה של דר' שניידמן השתמשה באלגוריתמים לניבוי עיגון חלבונים (protein docking) ובמידע מספקטרומטריית מסה כדי למפות את אזורי הקשירה של הננו-נוגדנים לאיזורי היעד (האפיטופים) בחלבוני המטרה. בכדי לחקור תכונות נוספות של קישור חזק, פיתח תלמיד המחקר לירן ביטון מודל למידה עמוקה לזיהוי דפוסים ברצפי הננו-נוגדנים האחראים על קישור לאפיטופים ספציפיים.

הצוות גילה שאזור המכונה CDR3 בננו-נוגדנים (ראו תמונה) תורם באופן משמעותי ביותר לקישור  לחלבון המטרה. מספר מאפיינים זוהו באיזורי CDR3 של ננו-נוגדנים בעלי קישור חזק: 

  • הופעת חומצות אמינו טעונות מעידה על אופטימיזציה אלקטרוסטטית בקישור לאפיטופ. 
  • ננו-נוגדנים בעלי קישור חזק מכילים לעיתים קרובות מספר גבוה של חומצת אמינו מסוג טירוזין על ראשי ה-CDR3. 
  • גם גליצין וסרין - חומצות אמינו קטנות יותר - נוטות להופיע בקצוות של איזור ה-CDR3, ומספקות לו גמישות. 

תוך שימוש בלמידה עמוקה, זיהו החוקרים דפוסים רצופים של ליזין וארגינין וקומבינציה של טירוזינים וגליצינים כתכונות המשמעותיות ביותר של CDR3, המנבאות מי יהיו הננו-נוגדנים בעלי הקשר החזק ביותר לאפיטופ. בעקבות הזיהוי סינתזו החוקרים את הננו-נוגדנים הנבחרים מתוך DNA רקומביננטי.

טכנולוגיה זו כבר משמשת את חברי הקבוצה לפיתוח ננו-נוגדנים מנטרלים לנגיף הקורונה, ותתאים היטב לאיתור מהיר ומדוייק של ננו-נוגדנים שיתאימו לטיפול בוריאנטים חדשים של הנגיף שעשויים להופיע בהמשך.

קיראו את המאמר

 

תמונת אילוסטרציה