Erstellen einer künstlichen Proteinhülle zur Bekämpfung von COVID-19

Während der ersten COVID-19-Welle, als Saumitra Das und Kollegen im Rahmen von INSACOG, der Genomüberwachungsinitiative der indischen Regierung, täglich Tausende von Proben sequenzierten, um nach SARS-CoV-2-Varianten zu suchen, rasten sie gegen die Zeit, um Mutationen aufzuspüren wie sie erschienen. „Wenn wir vorhersagen wollten, ob eine dieser Mutationen aus Sicht der öffentlichen Gesundheit gefährlich sein würde, brauchten wir ein Testsystem“, sagt Das, Professor am Department of Microbiology and Cell Biology (MCB), Indian Institute of Science ( IISc).

Das weitgehend befolgte Testprotokoll umfasste die Isolierung des Virus aus den Proben, die Erstellung mehrerer Kopien des Virus und die Untersuchung seiner Übertragbarkeit und Effizienz beim Eindringen in lebende Zellen. Die Arbeit mit einem so hoch ansteckenden Virus ist gefährlich und erfordert ein Labor der Biosicherheitsstufe 3 (BSL-3), aber es gibt nur eine Handvoll dieser Labore im ganzen Land, die für den Umgang mit solchen Viren ausgestattet sind.

Um dieses Problem anzugehen, haben Das und sein Team nun zusammen mit Mitarbeitern ein neuartiges virusähnliches Partikel (VLP) entwickelt und getestet – ein nicht infektiöses Molekül im Nanomaßstab, das dem Virus ähnelt und sich wie das Virus verhält, aber kein natives genetisches Material enthält – in einer Studie, die in veröffentlicht wurde Mikrobiologisches Spektrum.

Solche VLPs haben mehrere Verwendungen. Sie können nicht nur verwendet werden, um die Wirkung von Mutationen, die bei SARS-CoV-2 auftreten können, sicher zu untersuchen – ohne dass eine BSL-3-Einrichtung erforderlich ist –, sondern können möglicherweise auch zu einem Impfstoffkandidaten entwickelt werden, der eine Immunantwort in unserem Körper auslösen kann . Soma Das, ein Wissenschaftler in der Abteilung für Biochemie und einer der Autoren, fügt hinzu, dass diese VLPs auch verwendet werden können, um die Zeit zu verkürzen, die für das Screening von Medikamenten benötigt wird, die das Virus bekämpfen können.

Das Labor von Das untersucht das Hepatitis-C-Virus seit 28 Jahren. Sie haben gezeigt, dass VLPs als Impfstoffkandidaten verwendet werden können, um eine Immunantwort auszulösen. Als die Pandemie ausbrach, begannen Das und sein Team mit der Arbeit an einem VLP für SARS-CoV-2. Sie mussten zunächst ein VLP mit allen vier Strukturproteinen – Stachel, Hülle, Membran und Nukleokapsid – künstlich synthetisieren, die im eigentlichen Virus zu sehen sind. „Die größte Herausforderung bestand darin, alle vier Strukturproteine ​​zusammen zu exprimieren“, sagt Harsha Raheja, Ph.D. Student am MCB und Erstautor der Studie.

SARS-CoV-2 repliziert sich, indem es jedes Strukturprotein separat produziert und es dann zu einer Hülle zusammenfügt, die das genetische Material enthält, um ein aktives Viruspartikel zu bilden. Um dies nachzubilden, wählte das Team ein Baculovirus – ein Virus, das Insekten, aber nicht Menschen befällt – als Vektor (Träger) zur Synthese der VLPs, da es die Fähigkeit besitzt, all diese Proteine ​​zu produzieren und zusammenzubauen und sich schnell zu replizieren. Als nächstes analysierten die Forscher die VLPs unter einem Transmissionselektronenmikroskop und stellten fest, dass sie genauso stabil waren wie das native SARS-CoV-2. Bei 4 Grad Celsius konnte sich das VLP an die Oberfläche der Wirtszelle anheften und bei 37 Grad Celsius (normale menschliche Körpertemperatur) konnte es in die Zelle eindringen.

Als das Team Mäusen im Labor eine hohe Dosis VLPs injizierte, hatte dies keine Auswirkungen auf das Leber-, Lungen- oder Nierengewebe. Um die Immunantwort zu testen, gaben sie Mäusemodellen mit einer Pause von 15 Tagen eine Primärimpfung und zwei Booster-Impfungen, wonach sie eine große Anzahl von Antikörpern fanden, die im Blutserum der Mäuse erzeugt wurden. Diese Antikörper waren auch in der Lage, das lebende Virus zu neutralisieren, stellte das Team fest. „Das bedeutet, dass sie die Tiere schützen“, erklärt Raheja.

Die Forscher haben ihr VLP zum Patent angemeldet und hoffen, es zu einem Impfstoffkandidaten weiterzuentwickeln. Sie planen auch, die Wirkung des VLP auf andere Tiermodelle (unter Verwendung der Expertise von SG Ramachandra, einem der Erfinder) und schließlich auf Menschen zu untersuchen. Raheja sagt, dass sie auch VLPs entwickelt haben, die möglicherweise Schutz vor neueren Varianten wie Omicron und anderen Unterlinien bieten könnten.