Der ursprüngliche SARS-CoV-2-Virusstamm, der Anfang 2020 auftauchte, war in der Lage, sich an Zucker zu binden, die als Sialinsäuren bekannt sind und sich auf der Oberfläche menschlicher Zellen befinden, eine Fähigkeit, die spätere Stämme nicht behielten.
Diese Bindung wurde mithilfe einer Kombination aus Magnetresonanz und extrem präziser hochauflösender Bildgebung festgestellt, die am Rosalind Franklin Institute und der University of Oxford durchgeführt und in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaft in dieser Woche.
Diese einzigartige Fähigkeit des frühen Stammes erhöht auch die Möglichkeit, dass das Virus auf diese Weise erstmals von Tieren auf Menschen übertragen wurde.
Nachfolgende besorgniserregende Varianten wie Delta und Omicron haben nicht diese Fähigkeit, Sialinsäure zu greifen und verlassen sich auf Rezeptoren auf ihren Kronenspitzen, um sich an Proteine namens ACE2 auf menschlichen Zellen zu binden.
Ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des Rosalind Franklin Institute setzte Magnetresonanz- und komplexe bildgebende Verfahren ein, um weitere Untersuchungen durchzuführen. Unter Verwendung einer Kernspinresonanz(NMR)-Spektroskopietechnik namens Sättigungsübertragungsdifferenz entwickelten sie eine neue, ausgeklügelte Analysemethode, um das komplexe Problem anzugehen. Sie haben die Technik Universal Saturation Transfer Analysis (uSTA) genannt.
Professor Ben Davis vom Rosalind Franklin Institute und der University of Oxford, einer der leitenden Autoren des Papiers, sagte: „Zwei der anhaltenden Geheimnisse der Coronavirus-Pandemie sind die Mechanismen hinter der Virusübertragung und die Ursprünge des zoonotischen Sprungs.
„Es gibt Hinweise darauf, dass einige Influenzaviren Sialinsäure auf der Oberfläche menschlicher Wirtszellen aufnehmen können, und dies wurde beim Middle Eastern Respiratory Syndrome (MERS), einem Coronavirus, beobachtet. Obwohl die besorgniserregenden SARS-CoV-2-Varianten dies nicht getan hatten Nachdem wir diesen Mechanismus aufgezeigt haben, stellt unsere Forschung fest, dass der Virusstamm, der Anfang 2020 auftauchte, diesen nutzen könnte, um in menschliche Zellen einzudringen.“
Der Bindungsmechanismus befindet sich am Ende der N-terminalen Domäne, einem Teil des Virus, der sich schneller entwickelt. Die Domäne wurde zuvor mit der Sialinsäurebindung in Verbindung gebracht, aber bis das Team des Rosalind Franklin Institute hochauflösende Präzisionsbildgebung und -analyse anwendete, war dies nicht bewiesen.
Zu der Frage, warum das Virus die Zuckerbindungseigenschaft verworfen hat, als es sich zu neuen Varianten entwickelt hat, stellt Professor Davis die Hypothese auf, dass es für den anfänglichen zoonotischen Sprung in den Menschen von Tieren notwendig sein könnte, dass es dann aber verborgen werden kann, bis es wieder erforderlich ist – insbesondere wenn das Merkmal die Aufgabe des Virus, sich zu vermehren und den Menschen zu infizieren, weitgehend beeinträchtigt.
Der Befund korreliert mit Beweisen aus der ersten Welle in Italien. Das Italian Genomics Consortium sah einen Zusammenhang zwischen der Schwere der COVID-19-Erkrankung und der Genetik, da Patienten mit einer bestimmten Genmutation – eine, die die Art der Sialinsäure auf Zellen beeinflusst – auf Intensivstationen unterrepräsentiert waren. Dies deutete darauf hin, dass es dem Virus leichter fiel, einige Genotypen zu infizieren als andere.
Professor James Naismith, Direktor des Rosalind Franklin Institute, sagt: „Mit unserer ultrahochpräzisen Bildgebung und neuen Analysemethode können wir eine zuvor unbekannte Struktur ganz am Ende der SARS-CoV-2-Spitze sehen. Das Erstaunliche ist dass unser Befund mit dem korreliert, was die italienischen Forscher in der ersten Welle festgestellt haben, was darauf hindeutet, dass dies eine Schlüsselrolle bei der frühen Infektion war.
„Die neue Technik kann von anderen verwendet werden, um Licht auf andere virale Strukturen zu werfen und äußerst detaillierte Fragen zu beantworten. Diese Arbeit ist ein Beispiel für die einzigartigen Technologien, für deren Entwicklung das Rosalind Franklin Institute gegründet wurde.“
Charles J. Buchanan et al, Pathogen-Zucker-Wechselwirkungen, die durch universelle Sättigungstransferanalyse aufgedeckt wurden, Wissenschaft (2022). DOI: 10.1126/science.abm3125
Zur Verfügung gestellt vom Rosalind Franklin Institute