covid-19
                Кредит: CC0 Public Domain

Нынешняя пандемия, а может быть, еще важнее следующая, будет побеждена в лаборатории сильной фундаментальной наукой, которая обеспечивает разумные медицинские ответы и государственную политику.
                                                                                       

Во всем мире исследовательское сообщество призвано бороться с этим вирусом: исследователи разрабатывают способы повторного использования средств индивидуальной защиты, разрабатывают более эффективные способы лечения … o инфицированных, создают вакцины и пытаются понять, что делает … этот вирус таким смертоносным.

Одна из основных проблем в борьбе с пандемией COVID-19 заключается в том, что мы просто не понимаем, почему SARS-CoV-2 — коронавирус, вызывающий заболевание, — настолько опасен. Мы знаем, что его смертельная природа является функцией небольших генетических изменений, называемых мутациями, которые отличают его от других вирусов. Но какие мутации?

SARS-CoV-2 является близким родственником SARS-CoV, вируса, который вызвал вспышку SARS 2003 года, но даже между этими тесно связанными вирусами существует около 6000 генетических различий (ошеломляющие 20 процентов генома). Между этими двумя вирусами атипичной пневмонии и другими, гораздо менее смертоносными коронавирусами, существует еще больше мутаций.

Смертельные вариации

Какие из этих изменений или комбинация этих изменений делают SARS-CoV-2 таким смертоносным? Этот вирус имеет 14 генов в своем геноме, кодирующем 27 белков. Белки представляют собой цепочки аминокислот, и эти 6000 генетических различий приводят к 380 заменам аминокислот. Именно изменения в аминокислотах и ​​то, что эти изменения делают с функцией белка, придают каждому вирусу свой уникальный характер.

SARS-CoV-2, как и другие коронавирусы, является сферой, из которой исходят шипы. На снимках с электронного микроскопа эти шипы образуют корону — корону, которая дает этим вирусам свое имя. При инфекции шипы прикрепляются к клеткам человека и контролируют гены вируса, попадающие в клетки. Различные шипы коронавируса связываются с различными рецепторами на поверхности клетки. Например, SARS-CoV-2 и SARS-CoV связываются с разными рецепторами, чем вирус MERS, что приводит к различным патологиям.

Каждый вирус имеет свою собственную форму этих пиков, и такое большое количество вариаций в этих пиках является проблемой и возможным решением для создания вакцины SARS-CoV-2. Вакцины работают, обучая вашу иммунную систему распознавать антиген, специфический аспект захватчика.

Задача создания вакцины против SARS-CoV-2 или любой другой вакцины заключается в том, что поскольку поверхности вируса сильно различаются, антигены меняются, а вакцина против одного вируса не распознает другой. Но если мы сможем идентифицировать то, что, как мы знаем, находится на поверхности вируса, мы, возможно, сможем создать вакцину для этого антигена. С SARS-CoV-2 его уникальный всплеск как раз является таким возможным кандидатом, и работа, характеризующая всплеск, продолжается.

Колючая наука

Почему разные спайки имеют разную биологию? Шипы — это белки, а различия в связывании и форме шипов зависят от аминокислотных изменений, но мы не знаем, какие именно. Частично, наше непонимание отражает наше незнание того, как аминокислотные изменения влияют на форму и функцию белка. Это где фундаментальная наука приходит.

Моя исследовательская группа изучает, как аминокислотные замены изменяют функцию и биологию белка: точную вещь, которую мы не понимаем в вариациях SARS-CoV-2. Мы изучаем белок под названием яблочный фермент, который превращает химическое соединение малат в пируват практически во всех живых организмах, включая Drosophila melanogaster, плодовую мушку, с которой мы работаем.

Как и любой белок, яблочный фермент Drosophila представляет собой цепочку аминокислот, свернутых в трехмерную форму. Вы можете изобразить это как шар из резиновых полос — если бы все резиновые ленты были одной длинной нитью, а шар не обязательно был круглым. Этот не круглый аспект важен; форма, которую принимает белок, зависит от аминокислот в этой цепи.

Форма белка определяется тем, как упаковывается его последовательность аминокислот. Измените аминокислоту, и вы измените эту форму, и форма определяет, как белки работают. Эта иерархия — аминокислоты определяют форму, форма определяет функцию — имеет место, смотрим ли мы на метаболический фермент или вирусный спайк-белок.

Drosophila яблочный фермент состоит из почти 600 аминокислот, но среди всех видов только две из них когда-либо различаются. На первом сайте две аминокислоты, которые мы находим, аланин или глицин, довольно похожи друг на друга, но замена между ними фактически изменяет активность фермента почти на 30 процентов, что является большой проблемой в биологии. Более пристальный взгляд на этот сайт может объяснить разницу в активности.

Он находится на краю активного центра белка, карман, в котором фермент расщепляет малат, и часть спирали, спираль аминокислот, образуя структуру, похожую на спиральную лестницу. Аланины образуют спирали, а глицины — нет. Эта 30-процентная разница в активности, по-видимому, является следствием немного более короткой или более длинной спирали, небольшой разницы, приводящей к незначительному изменению формы, но совершенно другой биохимии.

Второй сайт рассказывает другую историю. На этом сайте две аминокислоты, лейцин или метионин, также довольно похожи друг на друга, но опять-таки мы видим различие в биохимии, здесь около 40 процентов различаются … связывает цим с малатом. Второй участок не особенно близок к какой-либо известной структуре, но находится в области белка, в которой аминокислоты лежат в листе, взаимодействуя, образуя плиссированную поверхность, похожую на плиссированную юбку. Тонкое различие между лейцином и метионином, вероятно, меняет форму этого листа, что приводит к различию в биохимии связывания.

Понимание обоих этих небольших различий помогает нам понять, как изменение аминокислот приводит к изменениям в функции белка, и приближает нас к предсказанию того, как другие изменения в других белках, такие как вирусный пик, изменяют их функцию.

Основополагающее понимание

Фундаментальные науки являются основой большой работы по разработке вакцины против SARS-CoV-2. Исследования в лабораториях по всему миру приближают нас к победе над следующей пандемией. Наша летная работа — небольшая часть этого процесса. Например, по мере того, как мы все лучше и лучше понимаем изменение белка, мы совершенствуемся в разработке новых вакцин и, возможно, в прогнозировании того, какие вирусы могут быть смертельными.

Пандемия COVID-19 вряд ли будет единственным таким кризисом, с которым мы сталкиваемся. Потенциально существуют миллионы вирусов, которые могут… представлять угрозу людям, не говоря уже о других невирусных патогенах. Успех в борьбе с этими угрозами зависит от сильной науки и значительного финансирования фундаментальных исследований традиционных и новых способов борьбы с инфекционными заболеваниями.




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *