Το νέο στέλεχος του SARS-CoV-2 που κυκλοφορεί στη Μεγάλη Βρετανία φέρει αρκετές μεταλλάξεις στην πρωτεΐνη ακίδα, γεγονός που έχει προκαλέσει μεγάλη ανησυχία στην επιστημονική κοινότητα. Οι προηγούμενες μεταλλάξεις του ιού που είχαν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα ήταν κατά κύριο λόγο ακίνδυνες, καθώς δεν επηρέαζαν τον τρόπο που ο ιός μεταδίδεται ή προκαλεί νόσηση. Ωστόσο, οι μεταλλάξεις του νέου στελέχους φαίνεται ότι επηρεάζουν τη βιοχημεία της πρωτεΐνης ακίδας, αυξάνοντας έτσι την ικανότητα εξάπλωσης του ιού.

Η πρωτεΐνη ακίδα αποτελεί επίσης το στόχο των εμβολίων που κυκλοφορούν σήμερα για την COVID-19, τα οποία στο σύνολό τους προκαλούν ανοσιακή απόκριση ειδική γι’ αυτό το κομμάτι του ιού. Τι είναι όμως η πρωτεΐνη ακίδα και γιατί είναι τόσο σημαντική;

Κυτταρικοί Εισβολείς

Στον κόσμο των παθογόνων, αρκετά βακτήρια ή μύκητες μπορούν να επιβιώσουν από μόνοι τους χωρίς να εξαρτώνται από ένα ξενιστή. Ωστόσο, αυτό δεν ισχύει για τους ιούς, οι οποίοι είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσουν τα κύτταρα ενός άλλου οργανισμού για τον πολλαπλασιασμό τους.

Μέσω της εξέλιξης, τα κύτταρα του ανθρώπου έχουν αναπτύξει μηχανισμούς για να αντιμετωπίζουν τους παραπάνω εισβολείς. Ένας από τους σημαντικότερους μηχανισμούς άμυνας των κυττάρων ενάντια στα παραπάνω παθογόνα είναι το εξωτερικό τους περίβλημα, το οποίο αποτελείται από μία λιπώδη στιβάδα, η οποία διατηρεί τα ένζυμα, τις πρωτεΐνες και το DNA στο εσωτερικό του κυττάρου.

Λόγω της βιοχημικής φύσης των λιπιδιών, η εξωτερική επιφάνεια των κυττάρων είναι αρνητικά φορτισμένη και απωθητική. Προκειμένου ένας ιός να καταφέρει να εισέλθει στο κύτταρο θα πρέπει να διαπεράσει την παραπάνω στιβάδα.

Οι ιοί, όπως και τα κύτταρα του ανθρώπου, περικλείονται επίσης από μία λιπιδική μεμβράνη. Προκειμένου να εισέλθουν στο κύτταρο, οι ιοί χρησιμοποιούν πρωτεΐνες (ή γλυκοπρωτεΐνες) για να επιτύχουν τη σύντηξη με τη μεμβράνη των κυττάρων του ξενιστή.

Η πρωτεΐνη ακίδα των κορονοϊών αποτελεί μία γλυκοπρωτεΐνη αυτού του είδους. Οι ιοί Ebola έχουν μία τέτοια γλυκοπρωτεΐνη, οι ιοί της γρίπης δύο και ο ιός του απλού έρπητα έχει 5.

Η Αρχιτεκτονική της Πρωτεΐνης Ακίδας

Η πρωτεΐνη ακίδα αποτελείται από μία γραμμική αλυσίδα 1.273 αμινοξέων, τα οποία αναδιπλώνονται σε μία συγκεκριμένη δομή η οποία συγκρατείται από 23 μόρια σακχάρων. Οι πρωτεΐνη ακίδα βρίσκεται συνήθως κοντά σε άλλες όμοιες πρωτεΐνες με αποτέλεσμα τρία πρωτεϊνικά μόρια να ενώνονται σχηματίζοντας ένα λειτουργικό «τριμερές».

Η πρωτεΐνη ακίδα μπορεί να χωριστεί πρακτικά σε 3 περιοχές, οι οποίες επιτελούν διαφορετικούς βιοχημικούς ρόλους, όπως για παράδειγμα η πρόσδεση στο κύτταρο στόχος, η σύντηξη με τη μεμβράνη και η πρόσδεση στην επιφάνεια του ιικού περιβλήματος.

Η πρωτεΐνη ακίδα του SARS-CoV-2 είναι προσκολλημένη ισχυρά στο σφαιρικό σωματίδιο του ιού και προβάλλει εξωτερικά έτοιμη να προσδεθεί στα κύτταρα-στόχος. Σήμερα, γνωρίζουμε ότι κάθε σωματίδιο του ιού έχει περίπου 26 τριμερή της πρωτεΐνης ακίδας.

Μία από τις παραπάνω λειτουργικές μονάδες της πρωτεΐνης ακίδας προσδένεται σε μία πρωτεΐνη που βρίσκεται στην επιφάνεια των κυττάρων του ανθρώπου (την ACE2), εκκινώντας έτσι τη διαδικασία της σύντηξης των μεμβρανών. Η πρωτεΐνη ακίδα παίζει επίσης ρόλο στη συναρμολόγηση του ιού, στη διατήρηση της δομής του, καθώς και στην ικανότητά του να διαφεύγει τη δράση του ανοσοποιητικού συστήματος.

Εμβόλιο και Πρωτεΐνη Ακίδα

Λόγω της σημαντικότητας που έχει η πρωτεΐνη ακίδα για τον ιό, αρκετά αντιιικά φάρμακα ή εμβόλια έχουν αναπτυχθεί με στόχο τη συγκεκριμένη πρωτεΐνη.

Τα εμβόλια της Pfizer/BioNTech και της Moderna περιέχουν μία αλληλουχία mRNA η οποία ουσιαστικά φέρει «οδηγίες» για την παραγωγή της πρωτεΐνης ακίδας από τα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος. Η παραγωγή αυτή ξεκινά λίγο μετά τον εμβολιασμό. Η παρουσίαση της πρωτεΐνης ακίδας στο εξωτερικό των κυττάρων του ανοσοποιητικού συστήματος ακολούθως εκκινεί την προστατευτική απόκριση αντισωμάτων και Τ λεμφοκυττάρων για τον ιό.

Ένα από τα πλέον ανησυχητικά χαρακτηριστικά της πρωτεΐνης ακίδας του SARS-CoV-2 είναι ο τρόπος που μεταβάλλεται κατά την εξέλιξη του ιού. Καθώς η αλληλουχία της πρωτεΐνης βρίσκεται στο γονιδίωμα του τελευταίου, μπορεί να επηρεαστεί από τις όποιες μεταλλάξεις εμφανίζονται με αποτέλεσμα να αλλάξουν οι βιοχημικές της ιδιότητες.

Οι περισσότερες μεταλλάξεις δεν είναι ωφέλιμες για τον ιό και είτε αδρανοποιούν εντελώς την πρωτεΐνη ακίδα είτε δεν επηρεάζουν τη λειτουργία της. Ωστόσο, ορισμένες μεταλλάξεις μπορεί να δημιουργήσουν νέες μορφές της πρωτεΐνης που προσδίδουν εξελικτικό πλεονέκτημα στον ιό καθώς μπορεί να μεταδοθεί ευκολότερα.

Για παράδειγμα, μία μετάλλαξη μπορεί να επηρεάσει το τμήμα της πρωτεΐνης ακίδας στο οποίο προσδένονται τα αντισώματα, ενώ μία άλλη μετάλλαξη μπορεί να ενισχύει την ικανότητα πρόσδεσης της πρωτεΐνης στα ανθρώπινα κύτταρα.

Αυτός είναι και ο λόγος που οι μεταλλάξεις της πρωτεΐνης ακίδας είναι ιδιαίτερα προβληματικές, καθώς υπάρχει κίνδυνος να περιορίσουν την αποτελεσματικότητα των μέτρων πρόληψης του ιού. Το νέο στέλεχος του SARS-CoV-2 που ανιχνεύθηκε στην Αγγλία φέρει μεταλλάξεις στην πρωτεΐνη ακίδα οι οποίες διευκολύνουν την είσοδο του ιού στα κύτταρα.

Προς το παρόν δεν είναι δυνατό ακόμα να γνωρίζουμε αν οι μεταλλάξεις αυτές επηρεάζουν σημαντικά τη δομή της πρωτεΐνης ακίδας σε βαθμό που να επηρεάζεται η αποτελεσματικότητα των εμβολίων. Αυτό είναι κάτι που θα πρέπει να διαπιστωθεί άμεσα με εργαστηριακά πειράματα.