Нобелівська премія з хімії в 2018 р була присуджена за розробку методів спрямованої еволюції пептидів і білків. Половину премії отримали Джордж Сміт (George P. Smith) та сер Грегорі Вінтер (Sir Gregory P. Winter) за створення технології фагового дисплея. У чому її суть? Як віруси бактерій (бактеріофаги) допомагають створювати сучасні ліки?

Антитіла - важливі терапевтичні агенти, які все ширше застосовуються для лікування найрізноманітніших захворювань – від ревматоїдного артриту та псоріазу до раку. Антитіла з високою специфічністю зв'язуються з молекулою-мішенню і, наприклад, блокують її активність. Однак правильно підібрати антитіло для конкретної речовини – непросте завдання. Наразі для цього найчастіше використовують технологію фагового дисплея.

Вперше використовувати для синтезу специфічних антитіл віруси бактерій (бактеріофаги) запропонував Джордж Сміт*. Він обрав для цього просто організовані нитчасті фаги з невеликою кількістю генів. У 1985 р вчений показав, що якщо до гену білка оболонки фага приєднати в одній рамці зчитування фрагмент ДНК, що кодує інший білок, то останній буде синтезуватися разом з вірусним білком оболонки та після самозбирання фагової частки опиниться на її поверхні. Сміт також вивчив, як область появи («дисплея») нової пептидного послідовності на поверхні фага залежить від місця в гені, в яке вбудовується новий фрагмент ДНК.

Через п'ять років після публікації першої роботи Сміта Грегорі Вінтер отримав на поверхні бактеріофага антитіла, здатні специфічно зв'язуватися з потрібним антигеном-мішенню**. Для цього в ДНК фага він вбудував ген, який кодує потрібну ділянку антитіла, необхідну для розпізнавання антигену. Тоді на поверхні оболонки фага з'являється потрібний пептид, і вірус, по суті, перетворюється на антитіло. Після цього проводять процедуру спрямованої еволюції - викликають в ДНК випадкові мутації та отримують таким чином бібліотеку вірусів з тисячами варіантів гена, що кодує фрагмент антитіла, а потім тестують всі ці фаги з різноманітними пептидіми на поверхні на зв'язування з антигеном. Той фаг, що зв'язався з антигеном міцніше за інших, відбирають, та його ДНК сіквенують. Так можна дізнатися послідовність гена, що кодує пептид, який ефективно зв'язується з мішенню.

Фаговий дисплей - на сьогодні найшвидший спосіб отримання антитіл для використання в медицині.

* 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