Transmissionselektronmikroskopisk bild visar SARS-CoV-2, viruset som orsakar COVID-19, som isolerats från en patient i USA. Viruspartiklar kommer ut från ytan av celler som odlats i laboratoriet. Spikarna på den yttre kanten av viruspartiklarna ger coronavirus sitt namn, kronliknande.NIAID-RML

I slutet av 2019 kom de första rapporterna om en okänd luftvägsinfektion – i vissa fall med dödlig utgång – från Wuhan i Kina. Källan till denna infektion identifierades snabbt som ett nytt coronavirus, besläktat med de som hade orsakat utbrott av svårt akut respiratoriskt syndrom (SARS) 2002-2004 och Mellanösterns respiratoriska syndrom (MERS) 2012.

Världshälsoorganisationen förklarade sjukdomen till följd av det nya viruset, COVID-19, som ett internationellt akut nödläge för folkhälsan. I början av mars 2020 hade det nya coronaviruset – som nu kallas SARS-CoV-2 – smittat mer än 90 000 personer världen över och dödat minst 3 100 personer.

Likt andra coronavirus är SARS-CoV-2-partiklar sfäriska och har proteiner som kallas spikar som sticker ut från deras yta. Dessa spikar fastnar på mänskliga celler och genomgår sedan en strukturell förändring som gör att virusmembranet kan smälta samman med cellmembranet. Virusgenerna kan sedan ta sig in i värdcellen för att kopieras och producera fler virus. Nyligen utförda arbeten visar att SARS-CoV-2-spikarna, i likhet med det virus som orsakade sars-utbrottet 2002, binder sig till receptorer på den mänskliga cellytan som kallas angiotensin-converterande enzym 2 (ACE2).

För att bidra till snabba forskningsframsteg släpptes genomsekvensen av det nya coronaviruset till allmänheten av forskare i Kina. En samarbetsgrupp med forskare från Jason McLellans labb vid University of Texas at Austin och NIAID Vaccine Research Center (VRC) isolerade en del av genomet som förutspås koda för dess spikprotein baserat på sekvenser av besläktade coronavirus. Teamet använde sedan odlade celler för att producera stora mängder av proteinet för analys.

Struktur på atomnivå för SARS-CoV-2 spikprotein. Den receptorbindande domänen, den del av spiken som binder till värdcellen, är färgad i grönt. UT Austin, McLellan Lab

Studien finansierades delvis av NIH:s National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID). Resultaten publicerades den 19 februari 2020 i Science.

Forskarna använde en teknik som kallas kryoelektronmikroskopi för att ta detaljerade bilder av spikproteinets struktur. Detta innebär att man fryser viruspartiklar och avfyrar en ström av högenergielektroner genom provet för att skapa tiotusentals bilder. Dessa bilder kombineras sedan för att ge en detaljerad 3D-bild av viruset.

Forskarna fann att spiken från SARS-CoV-2 hade 10 till 20 gånger större sannolikhet att binda ACE2 på mänskliga celler än spiken från SARS-viruset från 2002. Detta kan göra det möjligt för SARS-CoV-2 att lättare sprida sig från person till person än det tidigare viruset.

Trots likheter i sekvens och struktur mellan spikarna från de två virusen kunde tre olika antikroppar mot SARS-viruset från 2002 inte binda till SARS-CoV-2:s spikprotein. Detta tyder på att potentiella vaccin- och antikroppsbaserade behandlingsstrategier måste vara unika för det nya viruset.

“Vi hoppas att dessa resultat kommer att bidra till utformningen av vaccinkandidater och utvecklingen av behandlingar för COVID-19”, säger Barney Graham, biträdande direktör vid VRC.

Forskarna arbetar för närvarande med att ta fram vaccinkandidater som är inriktade på spikproteinet för SARS-CoV-2. De hoppas också kunna använda spikproteinet för att isolera antikroppar från personer som har återhämtat sig från infektion med det nya coronaviruset. Om sådana antikroppar produceras i stora mängder kan de eventuellt användas för att behandla nya infektioner innan ett vaccin finns tillgängligt. NIH-forskare arbetar dessutom med andra metoder för att behandla viruset.