Een nieuw onderzoek naar de mechanische stabiliteit van bindingen tussen het spike-eiwit op het SARS-CoV-2-virus en zijn receptoren op menselijke cellen tijdens infectie heeft verschillen onthuld in de bindingsstabiliteit van virale varianten zoals Omicron en Delta. De bevinding, van onderzoekers uit Nederland, Duitsland en de VS, zou kunnen helpen verklaren waarom sommige varianten zich sneller verspreiden dan andere.

SARS-CoV-2, het virus dat verantwoordelijk is voor COVID-19, bevat vier structurele eiwitten: envelop (E); membraan (M); nucleocapside (N); en piek (S). De M-, E- en S-eiwitten zijn essentieel voor het assembleren en vormen van de buitenste laag van het virus, inclusief de mechanismen waarmee het virus gastheercellen binnendringt. Het N-eiwit kapselt ondertussen de genetische informatie van het virus in.

Magnetische pincettechniek

In het nieuwe werk werkt een team onder leiding van een natuurkundige Jan Lipfert of Universiteit Utrecht in Nederland gebruikte een zeer gevoelige techniek genaamd magnetische pincetten om de biomechanische eigenschappen van chemische bindingen in het SARS-CoV-2-virus te bestuderen onder omstandigheden die die van de menselijke luchtwegen nabootsen. Hun test maakt gebruik van een eiwitconstruct dat het receptorbindende domein van het virus (in wezen het uiteinde van het piekeiwit) combineert met het extracellulaire domein dat bekend staat als ACE2 (de cellulaire receptor van het virus en een belangrijk toegangspunt tot menselijke cellen). Deze twee componenten zijn verbonden via een flexibele peptidelinker.

“Bovendien is ons construct voorzien van peptidetags om het met één uiteinde aan een oppervlak en met één uiteinde aan een kleine magnetische kraal te bevestigen”, legt Lipfert uit. “Met behulp van dit construct kunnen we nauwkeurig gekalibreerde krachten uitoefenen op het grensvlak van het viruseiwit dat aan zijn cellulaire receptor is gebonden.”

Omdat de twee bindingspartners verbonden zijn met een linker, kunnen ze opnieuw binden nadat de binding verbroken is, voegt hij eraan toe. “Hierdoor kunnen we de interacties steeds opnieuw bestuderen, bij verschillende krachten.”

Sterkere binding

De onderzoekers ontdekten dat hoewel alle grote SARS-CoV-2-varianten (waaronder Alpha, Beta, Gamma, Delta en Omicron) een hogere bindingsaffiniteit voor menselijke cellen hebben dan de oorspronkelijke stam, de binding van de Alpha-variant vooral mechanisch stabiel is. Dit zou kunnen verklaren waarom het virus zich eind 2020 en begin 2021 zo snel verspreidde in populaties met weinig of geen eerdere immuniteit tegen het virus.

Ze ontdekten echter ook dat de recentere Delta- en Omicron-varianten niet noodzakelijkerwijs sterker binden dan de andere, wat betekent dat andere processen in overweging moeten worden genomen bij het voorspellen welke varianten vaker voorkomen.

Lipfert en collega’s zeggen dat hun oorspronkelijke idee, al vroeg in de pandemie, was om krachtspectroscopie te gebruiken om te bestuderen hoe het coronavirus zich aan cellen bindt. “In februari en maart 2020 vroegen we ons af hoe onze expertise op het gebied van biofysica zou kunnen helpen de wereldwijde pandemie te bestrijden”, legt Lipfert uit. “Terwijl we werkten aan de ontwikkeling van de eerste test, die in het najaar van 2020 in een preprint werd gedetailleerd en uiteindelijk werd gepubliceerd in PNASkwamen de verschillende varianten van bezorgdheid naar voren en verspreidden zich over de hele wereld. Dit bracht ons er uiteraard toe de vraag te stellen of onze test ook gebruikt zou kunnen worden om verschillen tussen de varianten te onderzoeken.”

Het team, waartoe ook wetenschappers behoren LMU München en Technische Universiteit van München, Stanford University Universiteit van Washington en Auburn University, hoopt zijn test en methodologie te gebruiken om de effecten van mutaties in detail te begrijpen en zelfs nieuwe varianten in de toekomst te voorspellen. Dit zou ons kunnen helpen het virus voor te blijven door bijgewerkte vaccins te ontwikkelen, zeggen ze.

“We willen onze methode ook graag gebruiken om voorspelde en waargenomen nieuwe varianten van het coronavirus te testen”, zegt Lipfert vertelt Physics World. “Bovendien geloven we dat onze aanpak zeer waardevol kan zijn voor het begrijpen van de interacties tussen gastheer en ziekteverwekker in het algemeen.”

Hun onderzoek is gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/physical-forces-explain-why-some-covid-variants-are-more-virulent-than-others/