Ученые из Института медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге и их сотрудники из Бристольского центра минимальной биологии имени Макса Планка Бристольского университета разработали новый подход к изучению SARS-CoV-2. Для систематического и стандартизированного исследования SARS-CoV-2 они создали минималистичные синтетические вирусные частицы, которые могут включать в себя различные структуры вируса SARS-CoV-2, такие как шиповидный белок. Это позволило ученым изучать отдельные молекулярные механизмы в контролируемых условиях, которыми они могли дополнительно управлять и настраивать. Используя этот метод для изучения спайкового белка, который, как было показано, имеет решающее значение для взаимодействия вируса с хозяином и инфекции, они обнаружили механизм переключения. При связывании воспалительных жирных кислот шиповидный белок меняет свою конформацию, становясь менее «видимым».
Пандемия SARS-CoV-2 была и остается одной из главных глобальных проблем здравоохранения. Полное понимание патогенеза SARS-CoV-2 и молекулярных механизмов инфекции дает большие возможности для преодоления пандемии. Проливая свет на функции вирусов и взаимодействие вирусов-хозяев, будет способствовать разработке таргетных методов лечения, вакцин и других профилактических мер. Однако исследования SARS-CoV-2 в лабораторных условиях сопряжены со многими проблемами. Одним из них является повышенное требование безопасности для экспериментов, другим является изучение отдельных механизмов во время инфекции, а не всего патогенеза, чтобы лучше понять эти отдельные процессы.
Создание искусственных вирионов SARS-CoV-2
Исследователи из Института медицинских исследований Макса Планка и их сотрудники использовали свой опыт в восходящей синтетической биологии, чтобы преодолеть некоторые из этих проблем. Для своего исследования они разработали искусственные вирионы SARS-CoV-2. Вирионы имеют структуру, аналогичную природным вирусам, но не содержат никакой генетической информации. Поэтому их можно безопасно использовать.
«Поскольку мы создаем эти синтетические вирионы с нуля, для нас еще важнее то, что мы можем точно спроектировать их состав и структуру. Это позволяет нам выполнять очень систематическое, пошаговое исследование различных механизмов», — говорит Оскар Штауфер. , первый автор статьи, бывший постдоктор в Институте медицинских исследований Макса Планка и нынешний постдоктор в Оксфордском университете. Поэтому он видит большой потенциал в использовании синтетических вирусоподобных частиц во множестве конвейеров анализа и характеристик для изучения вирусов, выходящих за рамки текущего применения для SARS-CoV-2.
Механизм переключения спайкового белка, чтобы избежать воздействия иммунной системы?
Сначала они использовали искусственные минималистичные вирионы для изучения влияния воспалительных жирных кислот на шиповидный белок SARS-CoV-2. Воспалительные жирные кислоты высвобождаются при любом воспалении в организме и помогают облегчить иммунный ответ и процессы заживления. Белок спайка имеет решающее значение для взаимодействия вирус-хозяин. С одной стороны, вирус использует шиповидный белок для связывания с рецепторами ACE2 клеток-хозяев. Это позволяет вирусу сливаться с клеткой-хозяином и высвобождать свою генетическую информацию. С другой стороны, антитела, вырабатываемые хозяином, могут связываться с шиповидным белком, тем самым маркируя вирус как мишень для иммунной системы.
Ранее было известно, что шиповидный белок имеет четкую область, где могут связываться воспалительные жирные кислоты. Однако функция этого связующего кармана ранее не была понята. Исследователи из Института медицинских исследований Макса Планка и их сотрудники в Бристоле теперь использовали искусственные вирионы SARS-CoV-2 для изучения именно этого механизма. Они показывают, что при связывании жирной кислоты шиповидный белок меняет свою конформацию и «складывается». В результате связывание с рецептором ACE2 хозяина больше невозможно, и меньшее количество антител может связываться с белком.
Теперь исследователи могут начать понимать, почему вирус использует этот механизм сдерживания, и определить, можно ли использовать эту информацию для разработки терапевтических стратегий. «Уклоняясь» от шиповидного белка при связывании воспалительных жирных кислот, вирус становится менее заметным для иммунной системы. Это может быть механизмом, позволяющим избежать обнаружения хозяином и сильным иммунным ответом .на более длительный период времени и повысить общую эффективность заражения», — говорит Оскар Штауфер. Однако ученые только начинают определять функцию механизма складывания, а использование искусственных вирионов позволит применить системный подход. «Применение таких концепции синтетической биологии для решения проблемы глобального масштаба — это действительно интересно», — говорит Оскар Штауфер.
