Autor: Dr. Francis Collins. Director of National Institutes of Health (USA).
Artykuł z dnia 18 listopada 2021r.
Każdego dnia u około 70 000 osób w Stanach Zjednoczonych diagnozuje się COVID-19. Oczywiste jest, że te nowe przypadki są napędzane przez bardziej zakaźny wariant Delta SARS-CoV-2, nowy koronawirus, który powoduje COVID-19. Ale dlaczego wariant Delta rozprzestrzenia się łatwiej niż inne warianty wirusowe z jednej osoby na drugą?
Teraz zespół finansowany przez NIH odkrył przynajmniej część tajemnicy Delta i nie można tego w całości przypisać szeroko badanym mutacjom w białku kolczastym, które łączy się z ludzkimi komórkami poprzez receptor ACE2 . Okazuje się, że specyficzna mutacja znaleziona w regionie kodującym białko N genomu Delta umożliwia również wirusowi upakowanie większej ilości kodu RNA w zakażonej komórce gospodarza. W rezultacie zwiększa się produkcja w pełni funkcjonalnych nowych cząstek wirusowych, które mogą zarazić kogoś innego.
To odkrycie, opublikowane w czasopiśmie Science [1], pochodzi z laboratorium laureatki Nagrody Nobla Jennifer Doudny w Howard Hughes Medical Institute, Gladstone Institutes w San Francisco oraz Innovative Genomics Institute na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. Współprzewodniczącą zespołu była Melanie Ott z Gladstone Institutes.
Zespoły Doudna i Ott opracowały nowe, ekscytujące narzędzie do badania wariantów koronawirusa. Jest to konstrukt laboratoryjny zwany cząsteczką wirusopodobną (VLP). Te specjalnie wykonane VLP zawierają wszystkie białka strukturalne SARS-CoV-2, ale nie zawierają materiału genetycznego. W konsekwencji są to niezakaźne repliki prawdziwego wirusa, które można bezpiecznie badać w dowolnym laboratorium. Naukowcy nie muszą rezerwować czasu w laboratoriach wyposażonych w podwyższone poziomy bezpieczeństwa biologicznego, jak jest to wymagane podczas pracy z całym wirusem.
VLP pozwalają również naukowcom badać zmiany zachodzące w innych podstawowych białkach koronawirusa, nie tylko w białku kolczastym na jego powierzchni. W rzeczywistości wszystkie niepokojące warianty SARS-CoV-2, zgodnie z definicją Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), niosą co najmniej jedną mutację w tym samym odcinku siedmiu aminokwasów w białku wirusowym znanym jako nukleokapsyd (białko N ). To białko, które nie było szeroko badane, jest wymagane, aby wirus mógł sam siebie wyprodukować. Jest również zaangażowane w zdolność wirusa do pakowania i uwalniania zakaźnego RNA.
W artykule Science Doudna i współpracownicy przyjrzeli się bliżej białku N. Zrobili to, opracowując specjalny system, który wykorzystywał VLP do pakowania i dostarczania wirusowych wiadomości RNA do ludzkich komórek.
Oto jak to działa: VLP zawierają wszystkie cztery białka strukturalne SARS-CoV-2, w tym białka kolca i N. Ponadto zawierają sekwencję RNA, która umożliwia wirusowi rozpoznawanie materiału genetycznego w komórce, dzięki czemu można go umieścić w następnej generacji cząsteczek wirusa.
Chociaż z zewnątrz cząstki wyglądają jak SARS-CoV-2, to w środku brakuje im zdecydowanej większości genomu wirusa. Ale mają jeszcze jeden kluczowy składnik: fragment RNA, który sprawia, że komórki zaatakowane przez VLP świecą. W rzeczywistości im więcej komunikatów RNA dostarcza VLP, tym jaśniej będą świecić komórki. Pozwoliło to naukowcom wykryć udane inwazje, a także określić ilościowo ilość RNA, jaką konkretny VLP upakował w komórce.
Następnie badacze wyprodukowali VLP SARS-CoV-2, w tym cztery mutacje, które są powszechnie znajdowane w białkach N bardziej przenośnych wariantów. To wtedy odkryli, że te warianty wytwarzały i dostarczały do komórek 10 razy więcej wiadomości RNA.
Zwiększone RNA również pasuje do tego, co zaobserwowano u osób zakażonych wariantem Delta. Wariant Delta wytwarza około 10 razy więcej jednostek wirusa w nosie i gardle w porównaniu do osób zarażonych starszymi wariantami.
Ale czy te odkrycia pasowały do tego, co dzieje się w prawdziwym wirusie? Aby się tego dowiedzieć, naukowcy i ich koledzy przetestowali mutację białka N znalezioną w wariancie Delta w laboratorium bezpieczeństwa biologicznego wysokiego poziomu. I rzeczywiście, ich badania wykazały, że zmutowany wirus w zakażonych ludzkich komórkach płuc wytwarzał około 50 razy więcej zakaźnego wirusa w porównaniu z oryginalnym wariantem SARS-CoV-2.
Odkrycia sugerują, że białko N może być ważnym nowym celem dla skutecznych leków na COVID-19, a śledzenie nowo pojawiających się mutacji w białku N może być również ważne dla identyfikacji nowych wariantów wirusa. Ten nowy system jest potężnym narzędziem, które można również wykorzystać do zbadania, jak nowo pojawiające się warianty w przyszłości mogą wpłynąć na przebieg tej straszliwej pandemii.
Odniesienie :
[1] Szybka ocena wyewoluowanych wariantów SARS-CoV-2 przy użyciu cząstek wirusopodobnych . Syed AM, Taha TY, Tabata T, Chen IP, Ciling A, Khalid MM, Sreekumar B, Chen PY, Hayashi JM, Soczek KM, Ott M, Doudna JA. Nauki ścisłe. 2021: 4 listopada: eabl6184.