Fysiske krefter forklarer hvorfor noen COVID-varianter er mer virulente enn andre – Physics World

Fysiske krefter forklarer hvorfor noen COVID-varianter er mer virulente enn andre – Physics World

Tidsstempel: 30. januar 2024 4:00
Kilde node: 3091281


Kunstnerbilde som viser flere virus i et flytende turbulent miljø som samhandler med menneskelige celler
Illustrasjon av flere virus i et flytende turbulent miljø som samhandler med menneskelige celler. (Med tillatelse: Computational Biophysics Group – Auburn University)

En ny studie om den mekaniske stabiliteten til bindinger mellom spikeproteinet på SARS-CoV-2-viruset og dets reseptorer på humane celler under infeksjon har avslørt forskjeller i bindingsstabiliteten til virale varianter som Omicron og Delta. Funnet, fra forskere i Nederland, Tyskland og USA, kan bidra til å forklare hvorfor noen varianter sprer seg raskere enn andre.

SARS-CoV-2, viruset som er ansvarlig for COVID-19, inneholder fire strukturelle proteiner: konvolutt (E); membran (M); nukleokapsid (N); og pigg (S). M-, E- og S-proteinene er avgjørende for å sette sammen og danne virusets ytterste lag, inkludert mekanismene som viruset trenger inn i vertscellene på. N-proteinet innkapsler i mellomtiden virusets genetiske informasjon.

Magnetisk pinsettteknikk

I det nye arbeidet, et team ledet av fysiker Jan Lipfert of Utrecht University i Nederland brukte en svært sensitiv teknikk kalt magnetisk pinsett for å studere de biomekaniske egenskapene til kjemiske bindinger i SARS-CoV-2-viruset under forhold som etterligner de menneskelige luftveiene. Analysen deres bruker en proteinkonstruksjon som kombinerer det reseptorbindende domenet til viruset (i hovedsak tuppen av spikeproteinet) og det ekstracellulære domenet kjent som ACE2 (virusets cellulære reseptor og et viktig inngangspunkt til menneskelige celler). Disse to komponentene er koblet sammen via en fleksibel peptidlinker.

"I tillegg har konstruksjonen vår peptidmerker for å feste den med den ene enden til en overflate og med den ene enden til en liten magnetisk perle," forklarer Lipfert. "Ved å bruke denne konstruksjonen kan vi bruke nøyaktig kalibrerte krefter på grensesnittet til virusproteinet bundet til dens cellulære reseptor."

Siden de to bindingspartnerne er forbundet med en linker, kan de binde seg igjen etter at bindingen brytes, legger han til. "Dette lar oss studere interaksjonene om og om igjen, ved forskjellige krefter."

Sterkere binding

Forskerne fant at mens alle de store SARS-CoV-2-variantene (inkludert Alpha, Beta, Gamma, Delta og Omicron) har en høyere bindingsaffinitet til humane celler enn den opprinnelige stammen, er bindingen til Alpha-varianten spesielt mekanisk stabil. Dette kan forklare hvorfor det spredte seg så raskt i slutten av 2020 og tidlig i 2021, i populasjoner med liten eller ingen tidligere immunitet mot viruset.

De fant imidlertid også at de nyere Delta- og Omicron-variantene ikke nødvendigvis binder sterkere enn de andre, noe som betyr at andre prosesser må vurderes når man forutsier hvilke varianter som kan bli mer utbredt.

Lipfert og kolleger sier at deres første idé, tidlig i pandemien, var å bruke kraftspektroskopi for å studere hvordan koronaviruset binder seg til celler. "I februar og mars 2020 lurte vi på hvordan vår ekspertise innen biofysikk kan bidra til å bekjempe den globale pandemien," forklarer Lipfert. «Mens vi jobbet med å utvikle den første analysen, som ble beskrevet i et fortrykk høsten 2020 og til slutt publisert i PNAS, dukket de forskjellige bekymringsvariantene opp og spredte seg over hele verden. Dette førte naturligvis til at vi stilte spørsmålet om analysen vår også kunne brukes til å undersøke forskjeller mellom variantene."

Teamet, som også inkluderer forskere fra LMU München og Teknisk Universitet i München, Stanford Universityden University of Washington og Auburn University, håper å bruke analysen og metodikken for å forstå effekten av mutasjoner i detalj og til og med forutsi nye varianter i fremtiden. Dette kan hjelpe oss å ligge i forkant av viruset ved å utvikle oppdaterte vaksiner, sier de.

"Vi vil også bruke metoden vår til å teste spådde og observerte nye varianter av koronaviruset," Lipfert forteller Physics World. "I tillegg tror vi at vår tilnærming kan være svært verdifull for å forstå vert-patogen-interaksjoner mer generelt."

Studien deres er publisert i Natur Nanoteknologi.

Tidstempel:

Mer fra Fysikkens verden