Aktualności

Wpływ globalnej pandemii wywołanej przez koronawirusa na gospodarkę i życie społeczne w wielu krajach, spowodował bezprecedensowe zaangażowanie badaczy i klinicystów w poszukiwanie kluczowych czynników wpływających na rozwój infekcji wirusowej SARS-CoV-2 w komórkach ludzkich płuc. Wykorzystując dotychczasowe informacje, lekarze i naukowcy próbują zwalczyć rozprzestrzenianie się wirusa. Jeszcze na wczesnym etapie badań nad mechanizmem zainfekowania komórek wirusem SARS-CoV-2 zostało ustalone, że kluczową rolę w zainfekowaniu gra obecność cząsteczek wody, które w pewien sposób wspomagają infekcję.

W ramach międzynarodowej współpracy naukowców z Niemiec i Indii przeprowadzono analizę in silico interakcji białko-białko pomiędzy domeną wiążącą receptor (RBD) wirusowego peptomeru (białko S (kolca), ang. Spike Protein), a ludzkim receptorem konwertazy angiotensyny 2 (hACE2) znajdującym się w żywych komórkach płuc. Badanie ma celu podkreślić kluczowe zmiany organiczne, które zachodzą w modelowych komórkach ludzkich płuc przy interakcji z wirusami SARS-CoV i SARS-CoV-2 w obecności cząsteczek wody w różnych temperaturach.

Procesy zachodzące w próbkach komórek zostały zbadane stosując rozmaite podejścia, takie jak teoretyczne obliczenia powinowactwa wiązania i symulacje dynamiki molekularnej. Obliczenia powinowactwa wiązania wykazały, że SARS-CoV-2 wiąże się nieco mocniej z receptorem hACE2 niż SARS-CoV. Głównym wnioskiem uzyskanym z symulacji dynamiki molekularnej było to, że interfejs RBD-hACE2 jest pokryty cząsteczkami wody i silnie oddziałuje zarówno z resztami międzyfazowymi RBD jak i hACE2. Wiązanie wodorowe, które powstaje przy pokryciu interfejsu przez cząsteczki wody jest kluczowe dla stabilizacji domen RBD i hACE2. Wyniki eksperymentalne naukowcy uzyskali przy pomocy rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronowej pod ciśnieniem bliskim otoczenia (NAP-XPS) z użyciem systemu EnviroESCA.

Dzięki unikatowym możliwościom systemu EnviroESCA, autorzy badania we współpracy ze specjalistami firmy SPECS, byli w stanie uzyskać kluczowe dane eksperymentalne potwierdzając obecność parowych i molekularnych faz wodnych w domenie międzybiałkowej, jednoznacznie potwierdzając wyniki modelowania. Najważniejszą częścią eksperymentu było zmierzenie koncentracji wirusa w komórkach narażonych na jego oddziaływanie w różnych warunkach w obecności cząsteczek wody. Zbadano również rolę cząsteczek wody międzyfazowej w wychwytywaniu wirusów przez komórki płuc A549 poprzez wiązanie i utrzymywanie kompleksu RBD/hACE2 w różnych temperaturach, wykorzystując modelowe wirusy (ang. nanourchin) opłaszczone białkami kolców jako pseudowirusy oraz sortowanie komórek aktywowane fluorescencją (FACS) dla uzyskania wyników ilościowych. Wyniki ilościowe, takie jak koncentracja wirusa, procent zainfekowanych komórek oraz dynamika zainfekowania są przedstawione na rysunku.

Cechy strukturalne i dynamiczne wirusa przedstawione w tej pracy mogą posłużyć jako przewodnik do opracowania nowych cząsteczek leków, szczepionek lub przeciwciał w celu zwalczania pandemii COVID-19.

Rysunek 1. Analiza ilościowa poboru cząstek symulowanego pseudo-wirusa w różnych warunkach eksperymentalnych. (A) Koncentracja pseudo-wirusa w badanym materiale, (B) średni procent komórek zainfekowanych oraz (C) średnia ilość zainfekowanych komórek, wyraźnie widać zmianę w porównaniu z próbkami kontrolnymi.

Autor: Sygnis S.A.

Źródło artykułu: Interfacial Water in the SARS Spike Protein: Investigating the Interaction with Human ACE2 Receptor and In Vitro Uptake in A549 Cells – https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.2c00671.

Źródło rysunku: ASC Publications (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.2c00671).