Группа ученых под руководством Хосе Онучича из Университета Райса и Пола Уитфорда из Северо-Восточного университета, которые являются исследователями Центра передовых физических исследований Национального научного фонда при Центре теоретической биологической физики (CTBP) в Райсе, сделала открытие в борьбе с тяжелым острым респираторным синдромом коронавируса-2 (SARS-CoV-2), вирусом, вызывающим COVID-19.
Команда в партнерстве с экспериментальной группой под руководством исследователей Йельского университета Уолтера Мотеса и Вэньвэя Ли раскрыла новые сведения о том, как вирус заражает клетки человека и как его можно нейтрализовать. Результаты их исследования были опубликованы в журнале Science.
SARS-CoV-2 использует свой спайковый белок для присоединения к ангиотензинпревращающему ферменту 2 на клетках человека, инициируя процесс, который позволяет ему проникнуть в клетку. Спайковый белок состоит из двух основных частей: домена S1, который сильно различается у разных штаммов вируса, и домена S2, который высококонсервативен у разных коронавирусов. Это сходство делает домен S2 перспективной целью для вакцин и методов лечения, которые могут работать против многих штаммов вируса.
Объединив моделирование и теоретические прогнозы со структурной информацией, полученной от их коллег-экспериментаторов, включая начальные и конечные конфигурации, а также промежуточные состояния во время вирусного вторжения, исследователи получили подробную картину процесса заражения на атомном уровне.
«Понимание этих промежуточных состояний белка-шипа создает новые возможности для лечения и профилактики», — сказал профессор Онучич. «Наша работа демонстрирует важность объединения теоретических и экспериментальных подходов для решения сложных проблем, таких как вирусные инфекции».
Используя передовую технологию визуализации, называемую криоэлектронной томографией, экспериментальные исследователи из Йельского университета сделали подробные снимки спайкового белка, демонстрирующие его изменения в процессе слияния.
Они обнаружили антитела, нацеленные на определенную часть домена S2, называемую стебель-спираль, которая может связываться с белком шипа и не давать ему переформироваться в форму, необходимую для слияния. Это предотвращает проникновение вируса в клетки человека.
«Наше исследование дает детальное понимание того, как спайковый белок меняет форму во время инфекции и как антитела могут блокировать этот процесс», — сказал Онучич. «Это молекулярное понимание открывает новые возможности для разработки вакцин и методов лечения, нацеленных на широкий спектр штаммов коронавируса».
Исследователи использовали комбинацию теоретического моделирования и экспериментальных данных для достижения своих результатов. Объединив моделирование белка-шипа с экспериментальными изображениями, они запечатлели промежуточные состояния белка, которые ранее не были видны. Этот комплексный подход позволил им понять процесс заражения на атомном уровне.
«Синергия между теоретическими и экспериментальными методами имела решающее значение для нашего успеха», — сказал профессор Уитфорд. «Наши результаты подчеркивают новые терапевтические цели и стратегии для разработки вакцин, которые могут быть эффективны против большинства вариантов вируса».
Открытие команды имеет важное значение для продолжающихся усилий по борьбе с COVID-19 и подготовке к будущим вспышкам связанных вирусов. Нацеливаясь на консервативный домен S2, ученые могут разрабатывать вакцины и методы лечения, которые остаются эффективными даже при мутации вируса.
«Это исследование — шаг вперед в борьбе с COVID-19 и другими коронавирусами, которые могут появиться в будущем», — сказал Сол Гонсалес, директор Физического отделения Национального научного фонда США. «Понимание фундаментальных физических процессов в сложных биологических механизмах имеет важное значение для разработки более эффективных и универсальных методов лечения, которые могут защитить наше здоровье и спасти жизни».
