Οι επιστήμονες έχουν τώρα την πιο ρεαλιστική άποψη για τη δομή των πρωτεϊνών του κορονοϊού
Επιμέλεια: Νίκος Μόσχοβος
17:45:52,12/20/2020
Αυτή η εικόνα δείχνει τη λεπτομερή δομή μιας «ακίδας» από έναν κοροναϊό που προκαλεί ψυχρά συμπτώματα – μια ηπιότερη συγγένεια του ιού που προκαλεί το COVID-19. Φωτογραφία: ©K. Zhang et al., Quarterly Reviews of Biophysics Discovery, 2020
Μια πιο ρεαλιστική άποψη για τη δομή των πρωτεϊνών του κορονοϊού έχουν τώρα οι επιστήμονες χάριςστην ερευνητική δουλειά του SLAC National Accelerator Laboratory (Eθνικού Εργαστηρίου Ενέργειας των Η.Π.Α.), που εδρεύει στο Πανεπιστήμιο του Stanford .Οι κορονοϊοί, όπως αυτός είναι αυτός, που προκαλεί την πανδημία COVID-19 είναι γεμάτοι με «αιχμές» των πρωτεϊνών που συνδέονται με υποδοχείς στα κύτταρα των θυμάτων τους, κι αυτό αποτελεί το πρώτο βήμα στη μόλυνση.
Οι επιστήμονες έχουν παράγει τώρα τις πρώτες λεπτομερείς εικόνες αυτών των αιχμών στη φυσική κατάστασή τους, ενώ εξακολουθούν να συνδέονται με τον ιό και χωρίς να προβούν στη χρήση χημικών στερεωτικών που θα μπορούσαν να παραμορφώσουν το σχήμα τους.
Η νέα απεικονιστική μέθοδος συνδυάζει την κρυογονική ηλεκτρονική μικροσκοπία (cryo-EM) και τον υπολογισμό.Δύναται να παράγει ταχύτερα και πιο ρεαλιστικά στιγμιότυπα της λοίμωξης σε διάφορα στελέχη του κορονοιού, πράγμα που αποτελεί ένα κρίσιμο βήμα στο σχεδιασμό των θεραπευτικών φαρμάκων και των εμβολίων.
«Το πλεονέκτημα να το κάνεις με αυτόν τον τρόπο είναι ότι όταν καθαρίζεις μια ακίδα πρωτεΐνης και τη μελετάς μεμονωμένα, χάνεις ένα σημαντικό βιολογικό πλαίσιο: Πώς φαίνεται σε ένα άθικτο σωματίδιο του ιού; Θα μπορούσε ενδεχομένως να έχει διαφορετική δομή εκεί »,δήλωσε ο καθηγητής βιοφυσικής, βιομηχανικής, μικροβιολογίας και ανοσολογίας του Εθνικού Εργαστηρίου SLAC και του Πανεπιστημίου του Stanford Wah Chiu, ο οποίος είναι ο ανώτερος συγγραφέας του άρθρου της συγκεκριμένης μελέτης.
Τα ερευνητικά αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν διαδικτυακά στις 17 Νοεμβρίου 2020 στο Quarterly Reviews Biophysics Discovery .
Σήμερα είναι γνωστό ότι συνολικά επτά στελέχη κορονοϊών μολύνουν τον άνθρωπο. «Τα τέσσερα από αυτά προκαλούν σχετικά ήπιες ασθένειες. Τα άλλα τρία στελέχη- συμπεριλαμβανομένου του SARS-CoV-2, του ιού που προκαλεί την πανδημία COVID-19 – μπορεί να είναι θανατηφόρα», εξήγησε η συν-συγγραφέας Jing Jin, ειδικός της μοριακής βιολογίας των ιών του Vitalant Research Institute στο San Francisco.
Οι επιστήμονες του Vitalant Research Institute «κυνηγούν» ιούς στα δείγματα του αίματος και των κοπράνων από τους ανθρώπους και τα ζώα. Παράλληλα, εξετάζουν δείγματα αίματος κατά τη διάρκεια εστιών, όπως είναι η τρέχουσα πανδημία και μελετούν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ιών, καθώς και των ξενιστών τους.
«Ο ιός που προκαλεί το COVID-19 είναι τόσο μολυσματικός που λειτουργούν μόνο λίγα εργαστήρια κρυογονικής ηλεκτρονικής μικροσκοπίας (cryo-EM) στον κόσμο, όπου μπορεί να το μελετηθεί με αρκετά υψηλό επίπεδο ελέγχου βιοασφάλειας», τόνισε η κ.Jin.
Έτσι, για αυτήν τη μελέτη, η ερευνητική ομάδα εξέτασε ένα πολύ πιο ήπιο στέλεχος κορονοϊού που ονομάζεται NL63, το οποίο προκαλεί συμπτώματα κοινού κρυολογήματος και είναι υπεύθυνο κάθε χρόνο για το 10% των περιστατικών της ανθρώπινης αναπνευστικής νόσου. Για αυτό το στέλεχος πιστεύεται ότι προσκολλάται στους ίδιους υποδοχείς στις επιφάνειες των ανθρώπινων κυττάρων με τον ιό COVID-19.
Οι ερευνητές δεν απομάκρυναν ή καθάρισαν χημικά τις πρωτεΐνες του NL63, αλλά αναβόσβησαν ολόκληρους κι άθικτους ιούς σε μια υαλώδη κατάσταση που διατηρεί τη φυσική διάταξη των συστατικών τους. Στη συνέχεια, έκαναν χιλιάδες λεπτομερείς εικόνες των ιών με τυχαίο προσανατολισμό χρησιμοποιώντας τα κρυογονικά όργανα, που λειτουργούν στις εγκαταστάσεις του SLAC στο Stanford.
«Η δομή που είδαμε είχε ακριβώς την ίδια δομή όπως και στην επιφάνεια του ιού, χωρίς χημικά αντικείμενα Αυτό δεν είχε γίνει ποτέ πριν», ανέφερε η κ. Jin.Φωτογραφία: ©K. Zhang et al., Quarterly Reviews of Biophysics Discovery, 2020
Με ψηφιακό τρόπο εξήγαγαν τα κομμάτια που περιείχαν τις ακίδες της πρωτεΐνης και τα συνδύασαν για να πάρουν εικόνες υψηλής ανάλυσης.
«Η δομή που είδαμε είχε ακριβώς την ίδια δομή όπως και στην επιφάνεια του ιού, χωρίς χημικά αντικείμενα Αυτό δεν είχε γίνει ποτέ πριν»,ανέφερε η κ. Jin.
Επίσης, η ομάδα εντόπισε μέρη, όπου τα μόρια του σακχάρου «κολλούν» στην ακίδα της πρωτεΐνης σε μια διαδικασία που ονομάζεται γλυκοζυλίωση, η οποία παίζει σημαντικό ρόλο στον κύκλο ζωής του ιού και στην ικανότητα του να αποφεύγει το ανοσοποιητικό σύστημα!
Ο ψηφιακός χάρτης περιλάμβανε τρεις τοποθεσίες γλυκοζυλίωσης, που είχαν προβλεφθεί, αλλά ποτέ δεν είχαν δει άμεσα.
«Παρόλο που μια γερμανική επιστημονική ομάδα έχει χρησιμοποιήσει μια παρόμοια μέθοδο για την ψηφιακή εξαγωγή εικόνων της ακίδας πρωτεΐνης από το SARS-CoV-2, έπρεπε να διορθώσουμε πρώτα τον ιό στη φορμαλδεΰδη,ώστε να μην υπάρχει κίνδυνος να μολύνει κανέναν.Αυτή η διόρθωση μπορούσε να προκαλέσει χημικές αλλαγές που παρεμποδίζουν την εμφάνιση της πραγματικής δομής του ιού», είπε η κ. Jin.Μετά η ερευνητική ομάδα έκανε το επόμενο «βήμα» θέλοντας να μάθει το πώς ενεργοποιείται το τμήμα της αιχμής που συνδέεται με τους υποδοχείς στα ανθρώπινα κύτταρα και να χρησιμοποιήσει την ίδια τεχνική για να μελετήσει τις πρωτεΐνες του ιού που προκαλεί το COVID-19, το οποίο απαιτεί εξειδικευμένες εγκαταστάσεις περιορισμού του βιολογικού κινδύνου.
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των Η.Π.Α. και από το Γραφείο Επιστημών τoυ Υπουργείου Ενέργειας μέσω του Εθνικού Εργαστηρίου Εικονικής Βιοτεχνολογίας. Πρόκειται για μια κοινοπραξία εθνικών εργαστηρίων του Υπουργείου Ενέργειας των Η.Π.Α., η οποία επικεντρώθηκε στην απάντηση στην πανδημία COVID-19, με χρηματοδότηση που παρέχεται από το νόμο CARES για τον κορονοιό.
©Typologos.com 2020
