Füüsilised jõud selgitavad, miks mõned COVID-i variandid on virulentsemad kui teised – Physics World

Füüsilised jõud selgitavad, miks mõned COVID-i variandid on virulentsemad kui teised – Physics World

Ajatempel: 30. jaanuar 2024 4:00

Kunstniku pilt, mis näitab mitut viirust vedelas turbulentses keskkonnas, mis suhtlevad inimrakkudega
Illustratsioon mitmest viirusest vedelas turbulentses keskkonnas, mis interakteeruvad inimrakkudega. (Viisakalt: Computational Biophysics Group – Auburni Ülikool)

Uus uuring SARS-CoV-2 viiruse teravikvalgu ja selle inimese rakkude retseptorite vaheliste sidemete mehaanilise stabiilsuse kohta nakatumise ajal on näidanud erinevusi viirusvariantide, nagu Omicron ja Delta, seondumisstabiilsuses. Hollandi, Saksamaa ja USA teadlaste leid võib aidata selgitada, miks mõned variandid levivad kiiremini kui teised.

COVID-2 eest vastutav viirus SARS-CoV-19 sisaldab nelja struktuurvalku: ümbris (E); membraan (M); nukleokapsiid (N); ja teravik (S). M-, E- ja S-valgud on elutähtsad viiruse kõige välimise kihi kokkupanekuks ja moodustamiseks, sealhulgas mehhanismide jaoks, mille abil viirus peremeesrakkudesse siseneb. Samal ajal kapseldab N-valk viiruse geneetilist teavet.

Magnetpintsettide tehnika

Uues töös meeskond eesotsas füüsikuga Jan Lipfert of Utrechti ülikool Hollandis kasutas ülitundlikku tehnikat, mida nimetatakse magnetpintsettideks, et uurida SARS-CoV-2 viiruse keemiliste sidemete biomehaanilisi omadusi tingimustes, mis jäljendavad inimese hingamisteede omi. Nende testis kasutatakse valgukonstruktsiooni, mis ühendab viiruse retseptoriga seonduva domeeni (põhiliselt naastuvalgu tipu) ja rakuvälise domeeni, mida tuntakse ACE2-na (viiruse raku retseptor ja peamine sisenemispunkt inimese rakkudesse). Need kaks komponenti on ühendatud painduva peptiidlinkeri kaudu.

"Lisaks on meie konstruktsioonil peptiidmärgised, mis kinnitavad selle ühe otsaga pinna külge ja ühe otsaga väikese magnethelme külge," selgitab Lipfert. "Seda konstruktsiooni kasutades saame rakendada täpselt kalibreeritud jõude selle rakulise retseptoriga seotud viirusvalgu liidesele."

Kuna kaks sidumispartnerit on ühendatud linkeriga, saavad nad pärast sideme katkemist uuesti siduda, lisab ta. "See võimaldab meil uurida interaktsioone ikka ja jälle erinevatel jõududel."

Tugevam sidumine

Teadlased leidsid, et kuigi kõik suuremad SARS-CoV-2 variandid (sh Alpha, Beeta, Gamma, Delta ja Omicron) on inimese rakkudega seonduva afiinsusega võrreldes esialgsel tüvel kõrgemad, on Alpha variandi seondumine mehaaniliselt eriti stabiilne. See võib selgitada, miks see levis nii kiiresti 2020. aasta lõpus ja 2021. aasta alguses populatsioonides, kellel oli viiruse suhtes vähene või puudub eelnev immuunsus.

Samuti leidsid nad siiski, et uuemad Delta ja Omicroni variandid ei pruugi olla tugevamalt seotud kui teised, mis tähendab, et prognoosimisel, millised variandid võivad levida, tuleb arvestada ka muude protsessidega.

Lipfert ja tema kolleegid ütlevad, et nende esialgne idee pandeemia alguses oli kasutada jõuspektroskoopiat, et uurida, kuidas koroonaviirus rakkudega seondub. "2020. aasta veebruaris ja märtsis mõtlesime, kuidas meie biofüüsika alased teadmised võivad aidata võidelda ülemaailmse pandeemiaga," selgitab Lipfert. "Sel ajal, kui töötasime esimese analüüsi väljatöötamisega, mida kirjeldati üksikasjalikult eeltrükis 2020. aasta sügisel ja mis lõpuks avaldati PNAS, tekkisid mure erinevad variandid ja levisid üle maailma. See pani meid loomulikult esitama küsimuse, kas meie analüüsi saab kasutada ka variantide erinevuste uurimiseks.

Meeskond, kuhu kuuluvad ka teadlased aastast LMU München ja Müncheni tehnikaülikool, Stanfordi ülikooli, Washingtoni Ülikool ja Auburn University, loodab kasutada oma analüüsi ja metoodikat mutatsioonide mõju üksikasjalikuks mõistmiseks ja isegi uute variantide ennustamiseks tulevikus. Nad ütlevad, et see võib aidata meil viirusest ees püsida, töötades välja uuendatud vaktsiinid.

"Samuti tahaksime kasutada oma meetodit koroonaviiruse ennustatud ja täheldatud uute variantide testimiseks," ütles Lipfert räägib Physics World. "Lisaks usume, et meie lähenemisviis võib olla väga väärtuslik peremees-patogeeni interaktsioonide mõistmiseks üldisemalt."

Nende uuring avaldati aastal Loodus Nanotehnoloogia.

Ajatempel:

Veel alates Füüsika maailm