Несмотря на десятилетия глобальных кампаний по вакцинации, Mycobacterium tuberculosis продолжает ежегодно уносить около 1.25 миллиона жизней. В то время как вакцина БЦЖ защищает младенцев от тяжелых форм болезни, ее эффективность для взрослых остается нестабильной.
Исследование, опубликованное в Science Translational Medicine, описывает новый подход к созданию вакцин следующего поколения с использованием метода иммунопептидомики. Ученые из Массачусетского технологического института и Института Рагона применили этот метод для идентификации бактериальных белков, которые иммунные клетки человека используют для организации атаки против возбудителя туберкулеза.
Команда разработала модифицированные мРНК, кодирующие ключевые бактериальные пептиды. Эти мРНК снабжены сигналами, направляющими их в те клеточные компоненты, которые отвечают за обработку и презентацию антигенов во время инфекции. Данное исследование предлагает принципиально новую основу для разработки противотуберкулезных вакцин, сочетая быстрое тестирование конструкций с оценкой презентации антигена в человеческих клетках.
Иммунитет против туберкулеза критически зависит от способности CD4+ Т-клеток распознавать инфицированные клетки через молекулы MHC класса II. Однако до сих пор не было ясно, какие из 4000 белков бактерии клетки человека презентируют для иммунного ответа.
Чтобы найти ответ, исследователи использовали масс-спектрометрию для идентификации пептидов туберкулезной палочки, которые презентируются на молекулах MHC-II инфицированных человеческих фагоцитов. Проанализировав клетки шести доноров, команда обнаружила 27 пептидов, происходящих из 13 белков бактерии.
Некоторые пептиды относились к известным мишеням, таким как EsxB и EsxG, но другие были получены из ранее не изучавшихся белков. Ни один антиген не присутствовал у всех доноров, что указывает на необходимость включения в вакцину нескольких антигенов для охвата генетического разнообразия населения.
Анализ показал, что иммунная система преимущественно презентирует пептиды из секретируемых или мембрано-ассоциированных белков, особенно тех, что выделяются системами секреции VII типа бактерии. Эти белки, включая семейства PE и PPE, непосредственно взаимодействуют с клетками хозяина, что объясняет, почему они становятся главной мишенью для иммунного распознавания.
Изучение более 51 000 штаммов туберкулезной палочки показало высокую консервативность выявленных эпитопов — мутации встречались менее чем в 0.15% случаев. Это означает, что бактерия не может легко изменить эти участки без ущерба для себя, а вакцины на их основе будут эффективны против большинства штаммов.
Эксперименты с клетками крови людей, ранее инфицированных туберкулезом, подтвердили иммуногенность одного из пептидов белка EsxB. Другой пептид, полученный из мембранного белка TatA, не вызвал ожидаемой реакции, возможно, из-за его структурного сходства с человеческими белками.
На заключительном этапе исследователи использовали полученные данные для создания прототипов мРНК-вакцин. Оказалось, что направление антигенов непосредственно в лизосомы — клеточные компоненты, где загружаются молекулы MHC-II, — значительно улучшало презентацию нужных пептидов.
Предложенный подход, основанный на анализе реальных процессов презентации антигенов в человеческих клетках, открывает путь к созданию принципиально новых противотуберкулезных вакцин, точно настроенных на особенности работы иммунной системы человека.