Нобелевская премия по химии в 2018 г. была присуждена за разработку методов направленной эволюции пептидов и белков. Половину премии получили Джордж Смит (George P. Smith) и сэр Грегори Винтер (Sir Gregory P. Winter) за создание технологии фагового дисплея. В чем ее суть? Как вирусы бактерій (бактериофаги) помогают в создании современных лекарственных средств?

Антитела – важные терапевтические агенты, которые все шире применяются для лечения самых разных заболеваний – от ревматоидного артрита и псориаза до рака. Антитела с высокой специфичностью связываются с молекулой-мишенью и, например, блокируют ее активность. Однако правильно подобрать антитело для конкретного вещества — непростая задача. В настоящее время для этого чаще всего используют метод фагового дисплея.

Впервые использовать для синтеза специфических антител вирусы бактерий (бактериофаги) предложил Джордж Смит*. Он выбрал для этого просто организованные нитчатые фаги с небольшим количеством генов. В 1985 г. ученый показал, что если к гену белка оболочки фага присоединить в одной рамке считывания фрагмент ДНК, кодирующий другой белок, то последний будет синтезироваться вместе с вирусным белком оболочки и после сборки фаговой частицы окажется на ее поверхности. Смит также изучил, как область появления («дисплея») новой пептидной последовательности зависит от места в гене, в которое встраивается новый фрагмент ДНК.

Через пять лет после публикации первой работы Смита Грегори Винтер смог получить на поверхности бактериофага антитела, способные специфически связываться с нужным антигеном-мишенью**. Для этого в ДНК фага встраивается ген, который кодирует нужный участок антитела, необходимый для распознавания антигена. Тогда на поверхности оболочки фага появляется нужный пептид, и вирус, по сути, превращается в антитело. После этого проводят процедуру направленной эволюции – взывают в ДНК случайные мутации, получая таким образом библиотеку вирусов с тысячами вариантов гена, кодирующего фрагмент антитела, а затем тестируют все эти фаги на связывание с антигеном. Тот фаг, что связался прочнее всего, отбирают, и его ДНК сиквенируют. Так можно узнать последовательность гена, кодирующего пептид, который эффективно связывается с мишенью.

Фаговый дисплей – на сегодня самый быстрый способ получения антител для использования в медицине.

* Smith GP. Filamentous fusion phage: novel expression vectors that display cloned antigens on the virion surface // Science, 1985, 228(4705):1315-1317. DOI: 10.1126/science.4001944

** McCafferty J, Griffiths AD, Winter Greg and Chiswell DJ. Phage antibodies: filamentous phage displaying antibody variable domains // Nature, 1990, 348: 552–554. DOI: https://doi.org/10.1038/348552a0