Multivalent Nanobodies for Potent and Broad Neutralization of <i>Staphylococcus aureus</i> Toxins
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Staphylococcus aureus is a leading cause of lethal bacteremia and pneumonia, which are driven by potent virulence factors such as T-cell superantigens and alpha hemolysin. S. aureus has among the highest rates of antibiotic resistance, yet no vaccines or alternative therapies are available despite decades of research. Here, we developed a repertoire of potent, high affinity nanobodies (Nbs) targeting key toxins in S. aureus infection, including superantigens (SAgs) SEB, SEC, TSST-1, and Hla. Comprehensive cryo-EM and AlphaFold3 analyses of these Nbs, which were elicited with clinical cocktail vaccines, revealed diverse neutralizing epitopes and mechanisms that provide strategic insights for immunotherapy and vaccine design. Guided by these findings, we engineered highly stable, multivalent, and multifunctional Nb constructs. These constructs included an aerosolizable trimeric Nb with enhanced neuralization activity against Hla and SEC, and an ultrapotent decameric Nb-IgG-Fc fusion construct against a wide range of major toxins in S. aureus sepsis (SEB, SEC, TSST-1, and Hla). These multifunctional Nbs demonstrated promising protective activity in murine models of pneumonia and sepsis, underscoring their potential as versatile immunotherapies that address the complex virulence profiles of S. aureus . Our work lays a foundation for precision immunotherapies beyond current treatment options to combat complex bacterial infections with multiple virulence mechanisms. Significance statement S. aureus is among the most common, antibiotic-resistant, and deadly causes of bacterial infections. We developed nanobodies against clinically significant virulence factors in S. aureus sepsis and pneumonia, including superantigens (SAgs) SEB, SEC, and TSST-1 as well as pore forming toxin Hla. These nanobodies displayed complete and potent neutralization of each toxin, exploiting a wide variety neutralizing mechanisms. Structural investigation of these diverse neutralizing nanobodies, which were elicited in llamas using clinically investigated cocktail vaccines, highlighted the importance of disrupting SAg interaction with TCR or MHCII and potential flaws in targeting poorly neutralizing conserved SAg epitopes using vaccine cocktails. Nb leads against each toxin were combined in different multivalent configurations, including an aerosolizable trimeric Nb and a half-life extended decameric Nb IgG Fc fusion construct. This work highlights multivalent nanobodies as a comprehensive yet therapeutically precise drug platform that addresses the complex virulence profiles of bacterial infectious diseases.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».