Codonopsis lanceolata, besser bekannt als „Deodeok“, wird in Südkorea als Heilkraut verwendet. Es wird in großen Mengen angebaut und war im Laufe der Geschichte ein fester Bestandteil der koreanischen Küche. Aster koraiensis, oder koreanisches Sternkraut, ist eine gewöhnliche Blume, die einem Gänseblümchen ähnelt und nur auf der koreanischen Halbinsel vorkommt.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Direktor C. Justin LEE vom Life Science Institute (Center for Cognition and Sociality) innerhalb des Institute for Basic Science (IBS), Südkorea, gab kürzlich die Entdeckung neuer antiviraler Verbindungen bekannt, die von diesen beiden Koreanern stammen Pflanzen.
Die Forscher entdeckten, dass die in diesen Pflanzen gefundenen Saponine besonders wirksam bei der Hemmung der SARS-CoV-2-Infektion waren, indem sie die Membranfusion blockierten, wodurch die Viren in die Wirtszellen eindringen konnten. Diese Ergebnisse wurden in veröffentlicht Antivirale Forschung im Oktober 2022 und Antimikrobielle Mittel und Chemotherapie im November 2022.
Es ist bekannt, dass Coronaviren über Endosomen oder Fusion an den Plasmamembranen in menschliche Zellen eindringen. Bei beiden dieser beiden Wege muss zwischen der Coronavirus-Hülle und der Zellmembran ein Prozess stattfinden, der als „Membranfusion“ bekannt ist. Das Forschungsteam enthüllte, dass zwei Saponine (Astersaponin I und Lansemaside A), die in den beiden zuvor genannten Pflanzen gefunden wurden, in der Lage sind, diese Fusion der Membran zwischen dem Coronavirus und menschlichen Zellen zu blockieren und dadurch alle Möglichkeiten zu blockieren, wie das Virus seinen Wirt infizieren kann.
Das Forschungsteam erstellte zunächst ein SARS-CoV-2-Infektionsmodell unter Verwendung von menschlichen Lungenzellen, die das ACE2-Rezeptorprotein überexprimieren, und eines Pseudovirus, das das virale Spike-Protein auf seiner Oberfläche exprimiert, das in der relativ weniger restriktiven Forschungseinrichtung der Biosicherheitsstufe 2 verwendet werden kann. Die Zellen wurden mit Astersaponin I und Lansemasid A behandelt, um die Hemmwirkung der Verbindungen auf eine Virusinfektion zu testen.
Es wurde festgestellt, dass beide Saponine einen IC50-Wert (halbmaximale Hemmkonzentration) von 2 μM aufweisen, was darauf hinweist, dass sie das Eindringen des Coronavirus in die Zelle hochwirksam stoppen. Die gleichen Ergebnisse wurden in nachfolgenden Experimenten mit echten authentischen Coronaviren bestätigt, und die Infektion wurde mit fast der gleichen Effizienz unterdrückt. Noch wichtiger ist, dass die Hemmwirkung für alle SARS-CoV-2-Varianten wie Omicron identisch war.
Astersaponin I und Lansemasid A sind Triterpenoid-Saponine. Beide haben zentrale ringförmige Kohlenwasserstoff- (oder Kern-)Strukturen, die denen von Cholesterin sehr ähnlich sind, das der Hauptbestandteil von Zellmembranen ist. zusätzlich zu einer an einer Seite angebrachten Polysaccharidkette. Der zentrale Teil dieser Saponine bindet dank ihrer Ähnlichkeit mit Cholesterin leicht an die Zellmembran. Wenn das Molekül in die Zellmembran eindringt, ragt die lange Zuckerkette aus der Zellmembran heraus. Es wird angenommen, dass dieser hervorstehende Zucker die Zellmembran daran hindert, mit der Coronavirus-Hülle zu verschmelzen.
SARS-CoV-2-Varianten wie Omicron sind aufgrund der Mutationen im Spike-Protein, das ihre Bindungsaffinität mit dem ACE2-Zellrezeptor verstärkt, infektiöser als die ursprüngliche. Unabhängig davon, wie sehr die SARS-CoV-2-Varianten ihre Affinität erhöhen, wird es jedoch nicht möglich sein, in die Zelle einzudringen, wenn der gesamte Membranfusionsprozess, der nach der viralen Bindung an den Rezeptor auftritt, blockiert ist. Das heißt, der Membranfusionsinhibitor kann die Infektion von SARS-CoV-2-Varianten unabhängig von ihrer Affinität zum menschlichen Zellrezeptor wirksam verhindern.
In der Vergangenheit hat das IBS-Team gemeinsam mit Dr. Kim Seungtaek vom Korea Pasteur Institute ein weiteres natürliches Triterpenoid-Saponin namens Platycotin D aus der Ballonblume entdeckt. Dieses Saponin erwies sich auch als wirksam gegen eine SARS-CoV-2-Infektion. Diese Forschung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Experimentelle & Molekulare Medizin im Mai 2021.
Ausgestattet mit diesem Wissen erforschten die IBS-Forscher in Zusammenarbeit mit dem Team von Prof. Han Sunkyu vom Korea Advanced Institute for Science and Technology (KAIST) die Herstellung synthetischer Saponine mit potenziell noch stärkeren Wirkungen. Das gemeinsame Team stellte ein Dutzend synthetische Saponine her und testete sie, die unterschiedliche Polysaccharidketten mit unterschiedlichen Längen und Zuckerarten besitzen. Es wurde festgestellt, dass eines dieser Saponine eine bis zu doppelt so hohe Aktivität aufweist wie Platycodin D. Diese Forschung wurde in der Oktoberausgabe 2022 der Zeitschrift veröffentlicht Bioorganische Chemie.
Direktor C. Justin Lee erklärte: „Natürliche Saponine, die in diesen Pflanzen enthalten sind, sind Hauptbestandteile vieler Lebensmittel und pflanzlicher Arzneimittel, die im Alltag leicht zugänglich sind. Wenn sie eingenommen werden, können sie in hohen Konzentrationen an die Epithelzellen der oberen Atemwege abgegeben werden , was bedeutet, dass es in einem asymptomatischen oder frühen Stadium einer COVID-19-Infektion wirksam sein kann.“ Er fügte hinzu: „Während ihre Wirkungen derzeit nur in vitro bestätigt wurden, könnten in Zukunft klinische Studien möglich sein, wenn positive Ergebnisse in Tierversuchen erzielt werden.“
Senior Researcher Kim Taeyoung vom IBS sagte: „In der Vergangenheit wurden viele wichtige Medikamente wie Penicillin, Aspirin oder das Antimalariamittel Artemisinin aus natürlichen Organismen gewonnen. Da der Wirkmechanismus dieser Saponine auf der Hemmung der Membranfusion beruht, ist dies möglicherweise sogar der Fall basierend auf diesem Prinzip ist es möglich, antivirale Breitbandmedikamente zu entwickeln.“
Mehr Informationen:
Tai Young Kim et al., Astersaponin I aus Aster koraiensis ist ein natürlicher viraler Fusionsblocker, der die Infektion von SARS-CoV-2-Varianten und die Syncytiumbildung hemmt, Antivirale Forschung (2022). DOI: 10.1016/j.antiviral.2022.105428
Tai Young Kim et al, Lancemaside A aus Codonopsis lanceolata: Studien zur antiviralen Aktivität und zum Wirkmechanismus gegen SARS-CoV-2 und seine besorgniserregenden Varianten, Antimikrobielle Mittel und Chemotherapie (2022). Zur Veröffentlichung angenommen. d197for5662m48.cloudfront.net/ … 84348128900f0fd5.pdf
Tai Young Kim et al., Platycodin D, ein natürlicher Bestandteil von Platycodon grandiflorum, verhindert sowohl Lysosomen- als auch TMPRSS2-getriebene SARS-CoV-2-Infektionen, indem es die Membranfusion behindert, Experimentelle & Molekulare Medizin (2021). DOI: 10.1038/s12276-021-00624-9
Youngho Jang et al, Synthese- und Struktur-Aktivitäts-Beziehungsstudie von Saponin-basierten Membranfusionsinhibitoren gegen SARS-CoV-2, Bioorganische Chemie (2022). DOI: 10.1016/j.bioorg.2022.105985