צוות בראשות חוזה אונוצ'יץ' מאוניברסיטת רייס ופול וויטפורד מאוניברסיטת נורת'אסטרן, שניהם חוקרים במרכז הלאומי למדעי הגבולות לפיזיקה במרכז לפיזיקה ביולוגית תיאורטית (CTBP) ברייס, גילה תגלית במאבק נגד מערכת נשימה חריפה. תסמונת coronavirus-2 (SARS-CoV-2), הנגיף האחראי ל-COVID-19.
הצוות, בשיתוף עם מאמץ ניסיוני בראשות החוקרים מאוניברסיטת ייל, וולטר מות'ס ו-וונוויי לי, חשף תובנות חדשות לגבי האופן שבו הנגיף מדביק תאים אנושיים וכיצד ניתן לנטרל אותו. הממצאים שלהם פורסמו בכתב העת מַדָע ב-15 באוגוסט.
SARS-CoV-2 משתמש בחלבון הספייק שלו כדי להיצמד לאנזים הממיר אנגיוטנסין 2 על תאים אנושיים, ומתחיל תהליך המאפשר לו להיכנס לתא. לחלבון הספייק שני חלקים עיקריים: תחום S1, המשתנה מאוד בין זנים שונים של הנגיף, ותחום S2, השמור מאוד על פני נגיפים שונים. הדמיון הזה הופך את תחום S2 ליעד מבטיח לחיסונים וטיפולים שיכולים לפעול נגד זני וירוס רבים.
על ידי שילוב של סימולציות ותחזיות תיאורטיות עם מידע מבני ממשתפי הניסוי שלהם, כולל תצורות ראשוניות וסופיות וכן מצבי ביניים במהלך הפלישה הויראלית, השיגו החוקרים תמונה מפורטת של תהליך ההדבקה ברמה אטומית.
"הבנת מצבי הביניים הללו של חלבון הספייק יוצרת הזדמנויות חדשות לטיפול ומניעה", אמר אונוצ'יץ', יו"ר הארי סי ואולגה ק. וייס לפיזיקה, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה, כימיה וביו-מדעים ומנהל שותף של CTBP. "העבודה שלנו מדגימה את החשיבות של שילוב גישות תיאורטיות וניסיוניות להתמודדות עם בעיות מורכבות כמו זיהומים ויראליים".
באמצעות טכניקת הדמיה מתקדמת הנקראת קריו-אלקטרון טומוגרפיה, החוקרים הניסויים ב-Yale תפסו תמונות מפורטות של חלבון הספייק כאשר הוא משתנה במהלך תהליך ההיתוך.
הם גילו נוגדנים המכוונים לחלק ספציפי מתחום ה-S2, הנקרא גזע-helix, שיכול להיקשר לחלבון הספייק ולמנוע ממנו להתקפל מחדש לצורה הדרושה לאיחוי. זה מונע מהנגיף לחדור לתאים אנושיים.
המחקר שלנו מספק הבנה מפורטת של האופן שבו חלבון הספייק משנה צורה במהלך זיהום וכיצד נוגדנים יכולים לחסום תהליך זה. התובנה המולקולרית הזו פותחת אפשרויות חדשות לתכנון חיסונים וטיפולים המכוונים למגוון רחב של זני קורונה".
חוזה אונוצ'יץ' מאוניברסיטת רייס
החוקרים השתמשו בשילוב של מודלים תיאורטיים ונתונים ניסיוניים כדי להשיג את הממצאים שלהם. על ידי שילוב של סימולציות של חלבון הספייק עם תמונות ניסיוניות, הם לכדו מצבי ביניים של החלבון שלא נראו קודם לכן. גישה משולבת זו אפשרה להם להבין את תהליך ההדבקה ברמה אטומית.
"הסינרגיה בין שיטות תיאורטיות לניסוי הייתה מכרעת להצלחתנו", אמר ויטפורד, פרופסור במחלקה לפיזיקה בצפון מזרח. "הממצאים שלנו מדגישים יעדים ואסטרטגיות טיפוליות חדשות לפיתוח חיסונים שיכולים להיות יעילים נגד רוב הגרסאות של הנגיף".
הגילוי של הצוות משמעותי במאמצים המתמשכים להילחם ב-COVID-19 ולהתכונן להתפרצויות עתידיות של וירוסים קשורים. על ידי מיקוד לתחום ה-S2 השמור, מדענים יכולים לפתח חיסונים וטיפולים שיישארו יעילים גם כשהנגיף עובר מוטציה.
"המחקר הזה הוא צעד קדימה במאבק נגד COVID-19 וקורונווירוסים אחרים שעלולים להופיע בעתיד", אמר סול גונזלס, מנהל חטיבת הפיזיקה של הקרן הלאומית למדע בארה"ב. "הבנת הפעילות הגופנית הבסיסית בתוך מנגנונים ביולוגיים מורכבים חיונית לפיתוח טיפולים יעילים ואוניברסליים יותר שיכולים להגן על בריאותנו ולהציל חיים."
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע, המכונים הלאומיים לבריאות, המכונים הקנדיים לחקר הבריאות, כיסאות המחקר של קנדה ו-Welch Foundation.
חוקרים אחרים כוללים את מייקל גרונסט וג'ואן צ'ין במחלקה לפתוגנזה של חיידקים ושנפינג וו במחלקה לפרמקולוגיה ב-Yale; Esteban Dodero-Rojas ב-CTPB; שיליי דינג, ג'רמי פרובוס ואנדרס פינצי ב-Centre de Recherche du CHUM; יאוזונג צ'ן ומרזנה פזגייר בחטיבה למחלות זיהומיות בבית הספר לרפואה של F. Edward Hebert באוניברסיטת Uniformed Services למדעי הבריאות; ו-Yanping Hu ו-Xuping Xie במחלקה לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית בסניף הרפואי של אוניברסיטת טקסס בגלווסטון.
