Η γρήγορη εξάπλωση των νέων στελεχών του SARS-CoV-2 από τη Μεγάλη Βρετανία, τη Νότια Αφρική και τη Βραζιλία έχουν δημιουργήσει ανησυχία στην επιστημονική κοινότητα σχετικά με την αποτελεσματικότητα των εμβολίων που κυκλοφορούν σήμερα. Μία νέα έρευνα από το Boston Children’s Hospital ανέλυσε τις αλλαγές στη δομή της πρωτεΐνης ακίδας που προκαλούνται από τη μετάλλαξη D614G. Η μετάλλαξη αυτή εντοπίζεται και στα 3 παραπάνω στελέχη του ιού και, όπως διαπίστωσε η έρευνα, επιτρέπει στα στελέχη αυτά να εξαπλώνονται ταχύτερα σε σχέση με τα προηγούμενα. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Science.

Η επιστημονική ομάδα, επικεφαλής της οποίας ήταν ο Bing Chen, PhD, παρατήρησε τις μεταβολές της πρωτεΐνης ακίδας χρησιμοποιώντας  κρυο-ηλεκτρονικό μικροσκόπιο (cryo-EM), το οποίο έχει την ικανότητα να φτάνει σε επίπεδο μορίων και ατόμων. Όπως διαπιστώθηκε, η μετάλλαξη D614G (αντικατάσταση ενός αμινοξέος στο γενετικό κώδικα της πρωτεΐνης ακίδας) καθιστά την πρωτεΐνη περισσότερο σταθερή σε σχέση με αυτή που ανιχνεύεται στα προηγούμενα στελέχη του ιού. Ως αποτέλεσμα, ο ιός έχει περισσότερες λειτουργικές πρωτεΐνες τις οποίες μπορεί να χρησιμοποιήσει για να προσδεθεί στους υποδοχείς ACE2, γεγονός που αυξάνει τη μολυσματικότητά του.

Προλαμβάνοντας τις Μεταλλάξεις της Πρωτεΐνης Ακίδας

Στο αρχικό στέλεχος του SARS-CoV-2, η πρωτεΐνη ακίδα, μετά την πρόσδεσή της στους υποδοχείς ACE2, άλλαζε δραματικά το σχήμα της, επιτρέποντας έτσι τη σύντηξη του ιού με την κυτταρική μεμβράνη. Ωστόσο, όπως είχε διαπιστώσει η ίδια επιστημονική ομάδα τον Ιούλιο του 2020, η πρωτεΐνη ακίδα σε αρκετές περιπτώσεις άλλαζε το σχήμα της πρόωρα, πριν ο ιός καταφέρει να προσδεθεί στο κύτταρο. Αν και το γεγονός αυτό επιβράδυνε τη μόλυνση νέων κυττάρων από τον ιό, προστάτευε τον τελευταίο από το ανοσοποιητικό σύστημα.

«Καθώς η πρωτεΐνη ακίδα στο αρχικό στέλεχος άλλαζε το σχήμα της, ήταν δύσκολο να προκληθεί ισχυρή απόκριση αντισωμάτων», υποστήριξε ο Chen.

Όταν οι επιστήμονες εξέτασαν την πρωτεΐνη ακίδα των μεταλλαγμένων στελεχών, διαπίστωσαν ότι η μετάλλαξη D614G σταθεροποιεί την πρωτεΐνη ακίδα αποτρέποντας την πρόωρη αλλαγή του σχήματός της. Μία παρατήρηση με ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι ότι η μετάλλαξη καθιστά επίσης ασθενέστερη τη σύνδεση της ακίδας με τους υποδοχείς του ACE2, ωστόσο το γεγονός ότι η πρωτεΐνη δεν αλλάζει πρόωρα το σχήμα της καθιστά τον ιό περισσότερο μολυσματικό.

«Ας υποθέσουμε ότι το αρχικό στέλεχος του ιού έχει 100 ακίδες», εξήγησε ο Chen. «Λόγω της αστάθειας στο σχήμα της πρωτεΐνης, μόλις το 50% από αυτές θα είναι λειτουργικές. Στα στελέχη με τη μετάλλαξη G614, το 90% των πρωτεϊνών είναι λειτουργικό, επομένως ακόμα κι αν δεν προσδένονται εξίσου ισχυρά, ο κίνδυνος μόλυνσης είναι υψηλότερος».

Ο Chen υποστήριξε ότι τα νέα εμβόλια θα πρέπει να περιέχουν το γενετικό κώδικα για τη μεταλλαγμένη πρωτεΐνη ακίδα. Όπως τόνισε, όσο πιο σταθερή είναι η πρωτεΐνη ακίδα, τόσο πιο μεγάλη θα είναι η πιθανότητα να προκληθεί προστατευτική απόκριση αντισωμάτων από τα εμβόλια που τη στοχεύουν.

Μελλοντικές Προσεγγίσεις: Φάρμακα που θα Αποτρέπουν την Είσοδο του Ιού

Ο Chen και οι συνεργάτες του συνεχίζουν τις έρευνες με σκοπό να κατανοήσουν καλύτερα την πρόσδεση της πρωτεΐνης ακίδας στον υποδοχέα ACE2. Ο στόχος είναι η ανάπτυξη φαρμάκων που θα αποτρέπουν την παραπάνω πρόσδεση.

Τον Ιανουάριο, η επιστημονική ομάδα δημοσίευσε στο Nature Structural & Molecular Biology μία έρευνα στην οποία έδειξε ότι μία «τεχνητή» πρωτεΐνη ACE2 μπορεί να προσδεθεί στον ιό 200 φορές ισχυρότερα σε σχέση με τις ACE2 του οργανισμού. Η τεχνητή αυτή πρωτεΐνη ήταν ικανή να αναστείλει τον πολλαπλασιασμό του ιού σε καλλιέργειες κυττάρων, γεγονός που δείχνει ότι έχει πιθανώς χρησιμότητα ως θεραπεία. Το επόμενο βήμα είναι να εξεταστεί η προσέγγιση αυτή σε μοντέλα πειραματοζώων.