Fysiske kræfter forklarer, hvorfor nogle COVID-varianter er mere virulente end andre – Physics World

Fysiske kræfter forklarer, hvorfor nogle COVID-varianter er mere virulente end andre – Physics World

Tidsstempel: 30. januar 2024 kl. 4
Kildeknude: 3091281


Kunstnerbillede, der viser flere vira i et flydende turbulent miljø, der interagerer med menneskelige celler
Illustration af flere vira i et flydende turbulent miljø, der interagerer med menneskelige celler. (Med høflighed: Computational Biophysics Group – Auburn University)

En ny undersøgelse af den mekaniske stabilitet af bindinger mellem spidsproteinet på SARS-CoV-2-viruset og dets receptorer på humane celler under infektion har afsløret forskelle i bindingsstabiliteten af ​​virale varianter som Omicron og Delta. Fundet fra forskere i Holland, Tyskland og USA kan hjælpe med at forklare, hvorfor nogle varianter spredes hurtigere end andre.

SARS-CoV-2, viruset ansvarlig for COVID-19, indeholder fire strukturelle proteiner: kappe (E); membran (M); nukleocapsid (N); og spids (S). M-, E- og S-proteinerne er vitale for at samle og danne virusets yderste lag, herunder de mekanismer, hvorved virussen trænger ind i værtsceller. N-proteinet indkapsler i mellemtiden virusets genetiske information.

Magnetisk pincet teknik

I det nye arbejde, et team ledet af fysiker Jan Lipfert of Utrecht Universitet i Holland brugt en meget følsom teknik kaldet magnetisk pincet til at studere de biomekaniske egenskaber af kemiske bindinger i SARS-CoV-2-virussen under forhold, der efterligner dem i de menneskelige luftveje. Deres assay bruger en proteinkonstruktion, der kombinerer virussens receptorbindende domæne (i det væsentlige spidsen af ​​spikeproteinet) og det ekstracellulære domæne kendt som ACE2 (virussens cellulære receptor og et nøgleindgangspunkt i humane celler). Disse to komponenter er forbundet via en fleksibel peptidlinker.

"Derudover har vores konstruktion peptidmærker til at fastgøre det med den ene ende til en overflade og med den ene ende til en lille magnetisk perle," forklarer Lipfert. "Ved at bruge denne konstruktion kan vi anvende præcist kalibrerede kræfter til grænsefladen af ​​virusproteinet bundet til dets cellulære receptor."

Da de to bindingspartnere er forbundet med en linker, kan de binde igen efter bindingen bryder, tilføjer han. "Dette giver os mulighed for at studere interaktionerne igen og igen ved forskellige kræfter."

Stærkere binding

Forskerne fandt ud af, at mens alle de store SARS-CoV-2-varianter (inklusive Alpha, Beta, Gamma, Delta og Omicron) har en højere bindingsaffinitet til humane celler end den oprindelige stamme, er bindingen af ​​Alpha-varianten særlig mekanisk stabil. Dette kunne forklare, hvorfor det spredte sig så hurtigt i slutningen af ​​2020 og begyndelsen af ​​2021, i populationer med ringe eller ingen tidligere immunitet mod virussen.

De fandt dog også ud af, at de nyere Delta- og Omicron-varianter ikke nødvendigvis binder stærkere end de andre, hvilket betyder, at andre processer skal tages i betragtning, når man forudsiger, hvilke varianter der kan blive mere udbredte.

Lipfert og kolleger siger, at deres første idé tidligt i pandemien var at bruge kraftspektroskopi til at studere, hvordan coronavirus binder sig til celler. "I februar og marts 2020 spekulerede vi på, hvordan vores ekspertise inden for biofysik kunne hjælpe med at bekæmpe den globale pandemi," forklarer Lipfert. “Mens vi arbejdede på at udvikle det første assay, som blev beskrevet i et fortryk i efteråret 2020 og endelig offentliggjort i PNAS, opstod de forskellige bekymringsvarianter og spredte sig over hele verden. Dette fik os naturligvis til at stille spørgsmålet, om vores assay også kunne bruges til at undersøge forskelle mellem varianterne."

Holdet, som også omfatter forskere fra LMU München og Technical University of Munich, Stanford University, University of Washington , Auburn University, håber at bruge dets assay og metodologi til at forstå virkningerne af mutationer i detaljer og endda til at forudsige nye varianter i fremtiden. Dette kunne hjælpe os med at være på forkant med virussen ved at udvikle opdaterede vacciner, siger de.

"Vi vil også gerne bruge vores metode til at teste forudsagte og observerede nye varianter af coronavirus," Lipfert fortæller Physics World. "Derudover mener vi, at vores tilgang kan være meget værdifuld for at forstå vært-patogen-interaktioner mere generelt."

Deres undersøgelse er offentliggjort i Natur Nanoteknologi.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden