Forscher weltweit bemühen sich um die Entwicklung potenzieller Impfstoffe und Medikamente zur Bekämpfung des neuen Coronavirus SARS-Cov-2. Jetzt hat eine Gruppe von Forschern die molekulare Struktur eines Schlüsselproteins herausgefunden, das das Coronavirus verwendet, um in menschliche Zellen einzudringen, was nach neuen Erkenntnissen möglicherweise die Tür für die Entwicklung eines Impfstoffs öffnet.
Frühere Untersuchungen ergaben, dass Coronaviren über sogenannte "Spike" -Proteine in Zellen eindringen, diese Proteine jedoch in verschiedenen Coronaviren unterschiedliche Formen annehmen. Das Herausfinden der Form des Spike-Proteins in SARS-Cov-2 ist der Schlüssel, um herauszufinden, wie das Virus angegriffen werden kann, sagte Jason McLellan, leitender Autor der Studie und außerordentlicher Professor für Molekularbiowissenschaften an der University of Texas in Austin.
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Obwohl das Coronavirus viele verschiedene Proteine verwendet, um Zellen zu replizieren und in diese einzudringen, ist das Spike-Protein das Hauptoberflächenprotein, das es zur Bindung an einen Rezeptor verwendet - ein weiteres Protein, das wie eine Tür in eine menschliche Zelle wirkt. Nachdem das Spike-Protein an den menschlichen Zellrezeptor gebunden hat, fusioniert die Virusmembran mit der menschlichen Zellmembran, wodurch das Genom des Virus in menschliche Zellen eindringen und mit der Infektion beginnen kann. "Wenn Sie Anhaftung und Fusion verhindern können, verhindern Sie den Eintritt", sagte McLellan gegenüber Live Science. Aber um auf dieses Protein abzuzielen, müssen Sie wissen, wie es aussieht.
Anfang dieses Monats veröffentlichten Forscher das Genom von SARS-Cov-2. Unter Verwendung dieses Genoms identifizierten McLellan und sein Team in Zusammenarbeit mit den National Institutes of Health (NIH) die spezifischen Gene, die für das Spike-Protein kodieren. Diese Geninformationen haben sie dann an eine Firma gesendet, die die Gene erstellt und zurückgeschickt hat. Die Gruppe injizierte diese Gene dann in eine Laborschale in Säugetierzellen und diese Zellen produzierten die Spike-Proteine.
Als nächstes erstellte die Gruppe unter Verwendung einer sehr detaillierten Mikroskopietechnik, die als kryogene Elektronenmikroskopie bezeichnet wird, eine 3D- "Karte" oder "Blaupause" der Spike-Proteine. Die Blaupause enthüllte die Struktur des Moleküls und kartierte die Position jedes seiner Atome im Raum.
"Es ist beeindruckend, dass diese Forscher die Struktur so schnell erhalten konnten", sagte Aubree Gordon, Associate Professor für Epidemiologie an der University of Michigan, der nicht Teil der Studie war. "Es ist ein sehr wichtiger Schritt nach vorne und kann bei der Entwicklung eines Impfstoffs gegen SARS-COV-2 hilfreich sein."
Stephen Morse, Professor an der Mailman School of Public Health der Columbia University, der ebenfalls nicht an der Studie beteiligt war, stimmt dem zu. Das Spike-Protein "wäre die wahrscheinliche Wahl für die schnelle Entwicklung von Impfstoffantigenen" und Behandlungen, sagte er Live Science in einer E-Mail. Die Struktur zu kennen, sei "sehr hilfreich bei der Entwicklung von Impfstoffen und Antikörpern mit guter Aktivität", ebenso wie die Produktion höherer Mengen dieser Proteine, fügte er hinzu.
Das Team sendet diese atomaren "Koordinaten" an Dutzende von Forschungsgruppen auf der ganzen Welt, die daran arbeiten, Impfstoffe und Medikamente gegen SARS-CoV-2 zu entwickeln. In der Zwischenzeit hoffen McLellan und sein Team, die Karte des Spike-Proteins als Grundlage für einen Impfstoff zu verwenden.
Wenn fremde Eindringlinge wie Bakterien oder Viren in den Körper eindringen, wehren sich Immunzellen, indem sie Proteine produzieren, die als Antikörper bezeichnet werden. Diese Antikörper binden an spezifische Strukturen des fremden Eindringlings, das als Antigen bezeichnet wird. Die Herstellung von Antikörpern kann jedoch einige Zeit dauern. Impfstoffe sind tote oder geschwächte Antigene, die das Immunsystem trainieren, um diese Antikörper zu bilden, bevor der Körper dem Virus ausgesetzt wird.
Theoretisch könnte das Spike-Protein selbst "entweder der Impfstoff oder Varianten eines Impfstoffs sein", sagte McLellan. Wenn Sie diesen Impfstoff auf Spike-Protein-Basis injizieren, "würden Menschen Antikörper gegen den Spike bilden, und wenn sie jemals dem lebenden Virus ausgesetzt wären", wäre der Körper vorbereitet, fügte er hinzu. Basierend auf früheren Forschungen an anderen Coronaviren führten die Forscher Mutationen oder Veränderungen ein, um ein stabileres Molekül zu erzeugen.
In der Tat "sieht das Molekül wirklich gut aus; es verhält sich wirklich gut; die Struktur zeigt, dass das Molekül in der richtigen Bestätigung, auf die wir gehofft hatten, stabil ist", sagte McLellan. "Jetzt werden wir und andere das Molekül, das wir geschaffen haben, als Grundlage für das Impfstoffantigen verwenden." Ihre Kollegen am NIH werden diese Spike-Proteine nun in Tiere injizieren, um zu sehen, wie gut die Proteine die Antikörperproduktion auslösen.
Dennoch glaubt McLellan, dass ein Impfstoff wahrscheinlich in 18 bis 24 Monaten entfernt ist. Das ist "immer noch ziemlich schnell im Vergleich zur normalen Impfstoffentwicklung, die etwa 10 Jahre dauern könnte", sagte er.
Die Ergebnisse wurden heute (19. Februar) in der Zeitschrift Science veröffentlicht.
