У той час як світова спільнота працює над стримуванням поширення коронавірусної хвороби (COVID-19) і лікує тих, у кого діагностували цю хворобу, дослідники в усьому світі намагаються зрозуміти процес зараження клітин людини, використовуючи кріоелектронну мікроскопію (кріо-ЕМ). Попередньо такі дослідження допомогли визначити структуру білка SARS-CoV-2 і його клітинного рецептора під час інфекції. В останні роки кріо-ЕМ став популярним і ефективним методом для біологічних досліджень – вивчення структури біологічно важливих молекул, таких як білки і віруси на атомному рівні для кращого розуміння тривимірної структури і їх функціональності. Ці результати можуть допомогти прискорити розробку вакцини і методів лікування COVID-19.
Всі віруси мають антигени, зазвичай це білки. Вакцини працюють шляхом навчання імунної системи розпізнавати і боротися з певним антигеном цільового вірусу. Але щоб створити вакцину, яка буде працювати проти певного вірусу, дослідники повинні зрозуміти, як вірус і його антигени взаємодіють з клітинами людини.
Що вже було зроблено на даному етапі?
6 січня. Китайські центри контролю захворювань (Інститут NIVDC) змогли підтвердити патогени коронавірусу на основі зображень, знятих за допомогою електронної мікроскопії, а саме за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа Thermo Scientific Tecnai Spirit (TEM).
Протягом всього січня: Інститут вірусології Ухань, Університет Гонконгу, Національний інститут охорони здоров’я США (NIH) отримали аналогічні результати за допомогою приладів Thermo Scientific TEM. Наприклад, Університет Гонконгу отримав зображення, де показано як новий коронавірус реплікується в клітинах. Прем’єр-міністр Китаю Лі Кецян відвідав Інститут біології патогенів Китайської академії медичних наук в Пекіні, де йому були показані зображення коронавірусу на Thermo Scientific Tecnai TEM. Під час свого візиту він зазначив, що “прискорення досліджень для вивчення передачі вірусу – це ключ до його запобігання і контролю”.
15 лютого: Команда дослідників з Університету Техасу в Остіні і Національного інституту охорони здоров’я (NIH) опублікували попередню інформацію на сайті bioRxiv, де було продемонстровано першу тривимірну структуру шиповидного білка SARS-CoV-2 (білок S). Через кілька днів результати були опубліковані в журналі Science. Грунтуючись на послідовності геному SARS-CoV-2, яким поділилися китайські дослідники, їм вдалося отримати очищений зразок шиповидного білка і визначити його структуру з використанням одночасткової кріо-ЕМ менш ніж за два тижні. Як і інші коронавіруси, SARS-CoV-2 використовує шипи, що виступають з поверхні, щоб зачепитися і проникнути в клітину. Для цих досліджень використовували Thermo Scientific Krios Cryo-ТИМ. «З’ясування форми шиповидного білка в SARS-CoV-2 є основним дією для розуміння, як впливати на вірус», – сказав Джейсон Маклеллан з UT-Austin в інтерв’ю LiveScience.
19 лютого: У Інституті перспективних досліджень Westlake в Ханчжоу, Китай, за допомогою Krios G3i вдалося виявити шиповидний білок SARS-CoV-2, пов’язаний з людською мішенню, ангіотензин-перетворюючим ферментом 2 (ACE2). ACE2 є поверхневим рецептором коронавірусу, що взаємодіє з шиповидного білком під час інфекції. Їх результати, опубліковані в Science, можуть допомогти в розробці антитіл для блокування даної взаємодії.
20 лютого: Група Девіда Віслера з Медичної школи Університету Вашингтона опублікувала свою структуру шиповидного білка коронавірусу, який можна знайти в Cell.
21 лютого: Віце-мер Шанхая відвідав центр мікроскопії NanoPort в Шанхаї, щоб подивитись на відкриття, зроблені за допомогою електронної мікроскопії. Наступною стадією вбачається розробка методів лікування для профілактики і контролю інфекції.
26 лютого: структура шиповидного білка з SARS-CoV-2 стала загальнодоступною в базі даних.
Метод кріо-ЕМ користується широким попитом протягом семи років, оскільки позиціонується технологічно оснащеним методом. Використання якісного програмного забезпечення, висока продуктивності та інші чинники, дозволили досліджувати різні біологічні зразки з високою роздільною здатністю. Менш ніж за два місяці було досягнуто значного прогресу в розумінні структури і поведінці коронавірусу. У минулому для досягнення такого рівня могли знадобитися роки. Команда, що картувала шиповидний білок, використовувала близько 3000 зображень, які сьогодні можна зібрати протягом 24 годин. Десять років тому на створення цих зображень могли піти тижні або навіть місяці.
З розумінням структури коронавірусу і можливістю швидко тестувати антитіла, дослідники сподіваються розробити вакцину, яка буде готова для клінічних випробувань.
У блозі директора Національного інституту охорони здоров’я обговорювався вплив кріо-ЕМ на дослідження шиповидного білку SARS-CoV-2 і намічені наступні кроки для розробки вакцин-кандидатів.
Прекладено з сайту компанії ThermoFisher Scientific.
Стаття допрацьована компанією Новації.