Wissenschaftler verwenden ultrahelle Röntgenstrahlen, um breit neutralisierende Antikörper gegen eine Reihe von Coronaviren zu charakterisieren

Es treten weiterhin neue Varianten des Coronavirus auf, das die COVID-19-Pandemie verursacht hat. Um sie zu bekämpfen, tun Forscher alles, um neue Therapien zu finden, die auf ein breites Spektrum verschiedener Coronavirus-Stämme abzielen können.

Dank neuer Forschungen, die am Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) durchgeführt wurden, haben Wissenschaftler eine neue Klasse injizierbarer Antikörper identifiziert, die viele verschiedene Varianten des Coronavirus neutralisieren können. Diese Forschung gibt Wissenschaftlern und Pharmaunternehmen einen potenziellen Vorsprung bei der Entwicklung eines Impfstoffs oder antiviralen Medikaments, das im Laufe der Zeit eine breite Wirksamkeit hätte.

Alle Coronaviren enthalten bestimmte Proteine, sogenannte Spike-Proteine, mit denen sie menschliche Zellen infizieren. Die Spike-Proteine ​​selbst bestehen aus zwei verschiedenen Komponenten. Wissenschaftler nennen diese verbundenen Spike-Proteinkomponenten die S1- und S2-Untereinheiten.

Nachdem das Virus an bestimmte Zellen im Respirationstrakt bindet, trennen sich die beiden Untereinheiten voneinander und durchlaufen eine große strukturelle Reorganisation, um in unsere Zellen einzudringen. Wissenschaftler haben nach Möglichkeiten gesucht, diesen Prozess zu hemmen.

Während von Moderna und Pfizer und anderen entwickelte Impfstoffe hauptsächlich an die S1-Untereinheit binden, besteht der Vorteil der Konzentration auf die S2-Untereinheit darin, dass sie bei verschiedenen Coronavirus-Stämmen ähnlich ist. Dies ermöglicht es Forschern, bestimmte Regionen in diesem Bereich anzuvisieren, um die Grundlage für einen breiter wirksamen Impfstoff und andere Therapeutika zu schaffen.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Zellwirt & Mikrobe, Wissenschaftler des Scripps Research Institute in Kalifornien und des Labors von Joshua Tan am National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), Teil der National Institutes of Health, identifizierten 55 Antikörper, die eine Vielzahl von Coronavirus-Spike-Proteinen banden. Viele davon erwiesen sich auch als wirksam gegen das Virus. Wissenschaftler nennen diese Antikörper „weitgehend neutralisierend“.

Die breit neutralisierenden Antikörper binden an eine Region der S2-Untereinheit, die als Stammhelix bezeichnet wird und in einer Vielzahl von Coronaviren vorkommt.

„Die Stammhelix ist der Teil des Coronavirus, der bei vielen Stämmen ähnlich ist und daran beteiligt ist, wie das Coronavirus unsere Zellen infizieren kann“, sagte der Argonne-Strukturbiologe Michael Becker. „Dieser Teil des Virus ermöglicht die Zellmembranfusion, wodurch das Virus seinen Schaden anrichten kann. Wenn diese Wissenschaftler und ihre Mitarbeiter einen Weg finden, die Stammhelix zu blockieren, könnten die Forscher die Wurzeln einer neuen weitreichenden Therapie haben.“

„Es ist schwieriger, Mutationen in die Stammhelix einzuführen als in andere Teile des Coronavirus, daher sind die Antikörper, die dort binden, ‚breit‘, was bedeutet, dass sie an viele verschiedene Stämme binden können“, sagte Ian Wilson, Hansen-Professor für Strukturbiologie und Vorsitzender von die Abteilung für integrative Struktur- und Computerbiologie bei Scripps.

Forscher versuchen, eine Reihe von Antikörpern zu erhalten oder herzustellen, die sowohl neutralisierend als auch breit sind. Das bedeutet, dass sie einen Antikörper finden müssen, der wirklich gut an die Schwachstellen der Viren bindet.

„Das virale Protein muss möglicherweise eine große Veränderung seiner Struktur durchlaufen, um den Antikörper aufzunehmen, und der Antikörper kann wiederum eine Veränderung des viralen Proteins auslösen“, sagte Meng Yuan, leitende Wissenschaftlerin bei Scripps und Autorin der Studie .

Neben der Extraktion von Antikörpern, die bei Patienten gefunden werden, die sich von einer Coronavirus-Infektion erholen, haben Wilson und seine Kollegen im Labor verschiedene Antikörper gentechnisch hergestellt, um deren Bindung zu verbessern. „Nachdem wir uns das Spektrum der Patienten angesehen haben, um zu beurteilen, welche Antikörper entdeckt werden können, um sie in unser Toolkit aufzunehmen, können wir auch mit Mitarbeitern zusammenarbeiten, um zurück ins Labor zu gehen, um verbesserte Antikörper oder Impfstoffe zu entwickeln“, sagte Wilson.

Bei Argonne verwendeten die Forscher die GM/CA-Beamline an der Advanced Photon Source des Labors, einer Benutzereinrichtung des DOE Office of Science, um die Kristallstrukturen einiger der Antikörper mit den Stammhelices zu untersuchen.