Przekaźnikowy obraz mikroskopu elektronowego przedstawia SARS-CoV-2, wirusa, który powoduje COVID-19, wyizolowanego od pacjenta w USA. Cząstki wirusa wyłaniają się z powierzchni komórek hodowanych w laboratorium. Kolce na zewnętrznej krawędzi cząstek wirusa nadają koronawirusom ich nazwę, przypominającą koronę.NIAID-RML

Pod koniec 2019 r. pierwsze doniesienia o nieznanej infekcji układu oddechowego – w niektórych przypadkach śmiertelnej – pojawiły się z Wuhan w Chinach. Źródło tej infekcji zostało szybko zidentyfikowane jako nowy koronawirus, powiązany z tymi, które spowodowały epidemie zespołu ciężkiej ostrej niewydolności oddechowej (SARS) w latach 2002-2004 i zespołu oddechowego na Bliskim Wschodzie (MERS) w 2012 r.

Światowa Organizacja Zdrowia ogłosiła chorobę wynikającą z nowego wirusa, COVID-19, jako stan zagrożenia zdrowia publicznego o zasięgu międzynarodowym. Do początku marca 2020 r. nowy koronawirus – obecnie nazwany SARS-CoV-2 – zaraził ponad 90 000 osób na całym świecie i zabił co najmniej 3100 osób.

Jak inne koronawirusy, cząsteczki SARS-CoV-2 są kuliste i mają białka zwane kolcami wystające z ich powierzchni. Te kolce przyczepiają się do ludzkich komórek, a następnie przechodzą zmianę strukturalną, która pozwala błonie wirusowej połączyć się z błoną komórkową. Wirusowe geny mogą wtedy wejść do komórki gospodarza i zostać skopiowane, tworząc kolejne wirusy. Ostatnie prace pokazują, że podobnie jak wirus, który wywołał epidemię SARS w 2002 roku, kolce SARS-CoV-2 wiążą się z receptorami na powierzchni ludzkich komórek zwanymi enzymem konwertującym angiotensynę 2 (ACE2).

Aby wspomóc szybki postęp badań, sekwencja genomu nowego koronawirusa została upubliczniona przez naukowców w Chinach. Zespół współpracowników, w tym naukowcy z laboratorium dr Jasona McLellana z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin oraz z Centrum Badań nad Szczepionkami NIAID (VRC), wyizolował fragment genomu, który prawdopodobnie koduje białko spike, na podstawie sekwencji pokrewnych koronawirusów. Następnie zespół wykorzystał hodowlane komórki do wytworzenia dużych ilości białka do analizy.

Struktura na poziomie atomowym białka spike SARS-CoV-2. Domena wiążąca receptor, część białka spike, która wiąże się z komórką gospodarza, jest pokolorowana na zielono. UT Austin, McLellan Lab

Badanie zostało sfinansowane częściowo przez NIH’s National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID). Wyniki zostały opublikowane 19 lutego 2020 roku w Science.

Badacze wykorzystali technikę zwaną mikroskopią krioelektronową, aby wykonać szczegółowe zdjęcia struktury białka kolca. Polega to na zamrożeniu cząstek wirusa i wystrzeleniu strumienia wysokoenergetycznych elektronów przez próbkę, aby stworzyć dziesiątki tysięcy obrazów. Obrazy te są następnie łączone w celu uzyskania szczegółowego widoku 3D wirusa.

Badacze odkryli, że szpik SARS-CoV-2 był 10 do 20 razy bardziej prawdopodobne, aby wiązać ACE2 na ludzkich komórkach niż szpik z wirusa SARS z 2002 roku. Może to umożliwić SARS-CoV-2 łatwiejsze rozprzestrzenianie się z osoby na osobę niż wcześniejszy wirus.

Pomimo podobieństw w sekwencji i strukturze między kolcami obu wirusów, trzy różne przeciwciała przeciwko wirusowi SARS z 2002 roku nie mogły skutecznie związać się z białkiem kolca SARS-CoV-2. Sugeruje to, że potencjalne strategie szczepionek i leczenia oparte na przeciwciałach będą musiały być unikalne dla nowego wirusa.

“Mamy nadzieję, że te odkrycia pomogą w projektowaniu szczepionek kandydujących i rozwoju leczenia dla COVID-19”, mówi dr Barney Graham, zastępca dyrektora VRC.

Badacze pracują obecnie nad kandydatami na szczepionki ukierunkowane na białko kolca SARS-CoV-2. Mają również nadzieję wykorzystać białko spike do wyizolowania przeciwciał od osób, które wyzdrowiały po zakażeniu nowym koronawirusem. Jeżeli takie przeciwciała zostaną wyprodukowane w dużych ilościach, będzie można je potencjalnie wykorzystać do leczenia nowych infekcji, zanim dostępna będzie szczepionka. Ponadto naukowcy z NIH poszukują innych metod leczenia wirusa.