Transmissioelektronimikroskoopilla otetussa kuvassa näkyy COVID-19:n aiheuttavaa SARS-CoV-2 -virusta, joka on eristetty yhdysvaltalaisesta potilaasta. Virushiukkasia nousee esiin laboratoriossa viljeltyjen solujen pinnalta. Virushiukkasten ulkoreunan piikit antavat koronaviruksille nimensä, kruunumainen.NIAID-RML

Vuoden 2019 lopulla ensimmäiset raportit tuntemattomasta hengitystieinfektiosta – joissakin tapauksissa kuolemaan johtaneesta infektiosta – tulivat Wuhanista, Kiinasta. Tartunnan lähde tunnistettiin nopeasti uudeksi koronavirukseksi, joka on sukua niille, jotka olivat aiheuttaneet vakavan akuutin hengitystieoireyhtymän (SARS) taudinpurkauksia vuosina 2002-2004 ja Lähi-idän hengitystieoireyhtymän (MERS) taudinpurkauksia vuonna 2012.

Maailman terveysjärjestö julisti uudesta viruksesta, COVID-19:stä, aiheutuneen sairauden kansainvälisesti merkittäväksi kansanterveydelliseksi hätätilanteeksi. Maaliskuun 2020 alkuun mennessä uusi koronavirus – nykyisin SARS-CoV-2 – oli tartuttanut maailmanlaajuisesti yli 90 000 ihmistä ja tappanut ainakin 3100.

Kuten muutkin koronavirukset, SARS-CoV-2:n hiukkaset ovat pallomaisia, ja niiden pinnalta työntyy esiin piikkeiksi kutsuttuja proteiineja. Nämä piikit tarttuvat ihmissoluihin, minkä jälkeen niissä tapahtuu rakennemuutos, jonka ansiosta viruksen kalvo sulautuu solukalvoon. Viruksen geenit voivat sitten päästä isäntäsoluun kopioitumaan ja tuottaa lisää viruksia. Viimeaikaiset työt osoittavat, että vuoden 2002 SARS-epidemiaa aiheuttaneen viruksen tavoin SARS-CoV-2:n piikit sitoutuvat ihmisen solujen pinnalla oleviin reseptoreihin, joita kutsutaan nimellä ACE2 (angiotensiiniä konvertoiva entsyymi 2).

Tutkimuksen nopean edistymisen tukemiseksi kiinalaiset tutkijat julkaisivat uuden koronaviruksen genomisekvenssin yleisölle. Yhteistyöryhmä, johon kuului tutkijoita tohtori Jason McLellanin laboratoriosta Texasin yliopistosta Austinissa ja NIAID:n rokotetutkimuskeskuksesta (NIAID Vaccine Research Center, VRC), eristi genomin osan, jonka ennustettiin koodaavan sen piikkiproteiinia sukulaisten koronavirusten sekvenssien perusteella. Ryhmä käytti sitten viljeltyjä soluja tuottaakseen suuria määriä proteiinia analysointia varten.

SARS-CoV-2:n piikkiproteiinin atomitason rakenne. Reseptoria sitova domeeni eli se osa piikkiproteiinista, joka sitoutuu isäntäsoluun, on värjätty vihreällä. UT Austin, McLellan Lab

Tutkimusta rahoitti osittain NIH:n National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID). Tulokset julkaistiin 19. helmikuuta 2020 Science-lehdessä.

Tutkijat käyttivät kryoelektronimikroskopiaksi kutsuttua tekniikkaa ottaakseen yksityiskohtaisia kuvia piikkiproteiinin rakenteesta. Siinä virushiukkasia jäädytetään ja näytteen läpi ammutaan suurienergisten elektronien virta, joka luo kymmeniä tuhansia kuvia. Nämä kuvat yhdistetään, jolloin saadaan yksityiskohtainen 3D-näkymä viruksesta.

Tutkijat havaitsivat, että SARS-CoV-2:n piikki sitoutui 10-20 kertaa todennäköisemmin ACE2:een ihmissoluissa kuin vuoden 2002 SARS-viruksesta saatu piikki. Tämä saattaa mahdollistaa sen, että SARS-CoV-2 leviää helpommin ihmisestä toiseen kuin aiempi virus.

Kahden viruksen piikkien sekvenssin ja rakenteen samankaltaisuudesta huolimatta kolme eri vasta-ainetta vuoden 2002 SARS-virusta vastaan eivät onnistuneet sitoutumaan SARS-CoV-2:n piikkiproteiiniin. Tämä viittaa siihen, että mahdollisten rokote- ja vasta-ainepohjaisten hoitostrategioiden on oltava ainutlaatuisia uudelle virukselle.

“Toivomme, että nämä tulokset auttavat rokote-ehdokkaiden suunnittelussa ja COVID-19:n hoitomuotojen kehittämisessä”, sanoo VRC:n apulaisjohtaja Barney Graham.

Tutkijat työskentelevät tällä hetkellä rokotekandidaattien parissa, joiden kohteena on SARS-CoV-2:n piikkiproteiini. He toivovat myös voivansa käyttää piikkiproteiinia vasta-aineiden eristämiseen ihmisiltä, jotka ovat toipuneet uuden koronaviruksen aiheuttamasta infektiosta. Jos vasta-aineita tuotetaan suuria määriä, niitä voitaisiin mahdollisesti käyttää uusien infektioiden hoitoon ennen kuin rokotetta on saatavilla. Lisäksi NIH:n tutkijat pyrkivät löytämään muita lähestymistapoja viruksen hoitoon.