Teadlased Kaardistavad Koronaviiruse "piigi" Valgu Struktuuri

Leid võib aidata luua vaktsiini.

Teadlased kogu maailmas tegelevad võimalike vaktsiinide ja ravimite väljatöötamisega uue koronaviiruse, SARS-Cov-2, vastu võitlemiseks. Nüüd on rühm teadlasi välja selgitanud peamise valgu molekulaarse struktuuri, mida koronaviirus kasutab inimrakkudesse tungimiseks, avades uute leidude kohaselt võimaluse vaktsiini väljatöötamiseks.

Varasemad uuringud näitasid, et koronaviirused tungivad rakkudesse nn piikvalkude kaudu, kuid need valgud omandavad erinevates koronaviirustes erineva kuju. SARS-Cov-2 piikvalgu kuju välja selgitamine on võti viiruse sihtimiseks, ütles uuringu vanemautor ja Austini Texase ülikooli molekulaarbioteaduste dotsent Jason McLellan.

Kuigi koronaviirus kasutab rakkude paljundamiseks ja sissetungimiseks palju erinevaid valke, on piikvalk peamine pinnavalk, mida ta kasutab retseptoriga seondumiseks - veel üks valk, mis toimib nagu uks inimrakku. Pärast seda, kui piikvalk seondub inimese rakuretseptoriga, sulandub viirusmembraan inimese rakumembraaniga, võimaldades viiruse genoomil siseneda inimrakkudesse ja alustada nakatumist. Nii et "kui suudate vältida seotust ja sulandumist, väldite sisenemist," ütles McLellan WordsSideKick.com'ile. Kuid selle valgu sihtimiseks peate teadma, kuidas see välja näeb.

Selle kuu alguses avaldasid teadlased SARS-Cov-2 genoomi. Selle genoomi abil tuvastasid McLellan ja tema meeskond koostöös Riikliku Terviseinstituudiga (NIH) spetsiifilise valgu kodeerivad spetsiifilised geenid. Seejärel saatsid nad selle geeniteabe ettevõttele, kes lõi geenid ja saatis need tagasi. Seejärel süstis rühm neid geene laboritaldrikul imetajarakkudesse ja need rakud tootsid piigivalke.

Järgmiseks, kasutades väga üksikasjalikku mikroskoopia tehnikat, mida nimetatakse krüogeenseks elektronmikroskoopiaks, lõi rühm naastvalkude 3D-kaardi või -joonise. Plaan paljastas molekuli struktuuri, kaardistades iga selle aatomi asukoha ruumis.

"Muljetavaldav on see, et need teadlased suutsid struktuuri nii kiiresti saada," ütles Michigani ülikooli epidemioloogia dotsent Aubree Gordon, kes ei osalenud uuringus. "See on väga oluline samm edasi ja võib aidata välja töötada SARS-COV-2 vastast vaktsiini."

Sama meelt on ka Columbia ülikooli Mailmani rahvatervise kooli professor Stephen Morse, kes samuti ei olnud uuringu osa. Piikvalk "oleks tõenäoline valik vaktsiiniantigeenide kiireks arendamiseks" ja ravimeetodid, ütles ta WordsSideKick.com'ile e-kirjas. Struktuuri tundmine oleks "väga kasulik hea aktiivsusega vaktsiinide ja antikehade väljatöötamisel", nagu ka nende valkude suuremas koguses tootmine, lisas ta.

Meeskond saadab need aatomkoordinaadid kümnetele uurimisrühmadele kogu maailmas, kes töötavad vaktsiinide ja ravimite väljatöötamise nimel, et sihtida SARS-CoV-2. Vahepeal loodavad McLellan ja tema meeskond kasutada vaktsiini aluseks piikvalgu kaarti.

Kui võõrad sissetungijad, näiteks bakterid või viirused, tungivad kehasse, võitlevad immuunrakud antikehadeks nimetatavate valkude tootmise vastu. Need antikehad seonduvad võõra sissetungija spetsiifiliste struktuuridega, mida nimetatakse antigeeniks. Kuid antikehade tootmine võib võtta aega. Vaktsiinid on surnud või nõrgenenud antigeenid, mis treenivad immuunsüsteemi neid antikehi looma enne, kui keha viirusega kokku puutub.

Teoreetiliselt võib piikvalk ise "olla kas vaktsiin või vaktsiini variandid," ütles McLellan. Selle nõelvalgul põhineva vaktsiini süstimisel valmistaksid inimesed "naelu vastu antikehi ja siis, kui nad kunagi elusviirusega kokku puutuksid," oleks keha ette valmistatud, lisas ta. Varasemate uuringute põhjal, mida nad tegid teiste koronaviiruste kohta, tutvustasid teadlased mutatsioone või muudatusi, et luua stabiilsem molekul.

Tõepoolest, „molekul näeb tõesti hea välja; see on tõesti hästi käitunud; struktuur omamoodi näitab, et molekul on stabiilne õiges kinnituses, mida me lootsime,”sõnas McLellan. "Nii et nüüd kasutame meie ja teised molekuli, mille lõime, vaktsiini antigeeni aluseks." Nende kolleegid NIH-s süstivad nüüd neid piikvalke loomadele, et näha, kui hästi valgud vallandavad antikehade tootmise.

Siiski arvab McLellan, et vaktsiin on tõenäoliselt umbes 18–24 kuud. See on "ikka veel üsna kiire võrreldes tavalise vaktsiinide väljatöötamisega, mis võib võtta umbes 10 aastat," ütles ta.

Tulemused avaldati täna (19. veebruaril) ajakirjas Science.