В то время как мировое сообщество работает над сдерживанием распространения коронавирусной болезни (COVID-19) и лечит тех, у кого диагностировали инфекцию, исследователи во всем мире пытаются понять процесс заражения клеток человека, используя криоэлектронную микроскопию (крио-ЭМ). Такие исследования прежде помогли определить структуру белка SARS-CoV-2 и его клеточного рецептора во время инфекции. В последние годы крио-ЭМ стал популярным и эффективным методом для биологических исследований – изучения структуры биологически важных молекул, таких как белки и вирусы с атомным разрешением для лучшего понимания трехмерной структуры и их функциональности. Эти результаты могут помочь ускорить разработку вакцины и методов лечения COVID-19.

Все вирусы имеют антигены, обычно это белки. Вакцины работают путем обучения иммунной системы распознавать и бороться с определенным антигеном для целевого вируса. Но чтобы создать вакцину, которая будет работать против определенного вируса, исследователи должны понять, как вирус и его антигены взаимодействуют с клетками человека.

Компьютерная визуализация коронавируса с характерными «короноподобными» шипами гликопротеинов, которые вдохновили на имя вируса. К этой группе вирусов относится тяжелый острый респираторный синдром – коронавирус 2 (SARS-CoV-2), который вызывает COVID-19 (изображение предоставлено CDC).

Что было сделано на данном этапе?

6 января. Китайские центры контроля заболеваний (Институт NIVDC) смогли подтвердить патогены коронавируса на основе изображений, снятых с помощью электронной микроскопии, а именно с помощью трансмиссионного электронного микроскопа Thermo Scientific Tecnai Spirit (TEM).

В течение всего января: Институт вирусологии Уханя, Университет Гонконга, Национальный институт здравоохранения США (NIH) получили аналогичные и дополняющие результаты с помощью приборов Thermo Scientific TEM. Например, Университет Гонконга получил изображения, где показано как новый коронавирус реплицируется в клетках. Премьер-министр Китая Ли Кэцян посетил Институт биологии патогенов Китайской академии медицинских наук в Пекине, где ему были показаны изображения коронавируса на Thermo Scientific Tecnai TEM. Во время своего визита он отметил, что «ускорение исследований для изучения передачи вируса – это ключ к его предотвращению и контроля»

15 февраля: Команда исследователей из Университета Техаса в Остине и Национального института здравоохранения (NIH) опубликовали предварительную информацию на сайте bioRxiv, где было продемонстрирована первая трехмерная структура шиповидного белка SARS-CoV-2 (белок S). Через несколько дней результаты были опубликованы в журнале Science. Основываясь на последовательности генома SARS-CoV-2, которым поделились китайские исследователи, им удалось получить очищенный образец шиповидного белка и определить его структуру с использованием одночастичной крио-ЭМ менее чем за две недели. Как и другие коронавирусы, SARS-CoV-2 использует шипы, выступающие с поверхности, чтобы зацепиться и проникнуть в клетку. Для этих исследований использовали Thermo Scientific Krios Cryo-ТЕМ. «Выяснение формы шиповидного белка в SARS-CoV-2 является основополагающим действием к пониманию того, как воздействовать на вирус», – сказал Джейсон Маклеллан из UT-Austin в интервью LiveScience.

19 февраля: В Институте перспективных исследований Westlake в Ханчжоу, Китай, с помощью Krios G3i удалось выявить шиповидный белок SARS-CoV-2, связанный с человеческой мишенью, ангиотензин-превращающим ферментом 2 (ACE2). ACE2 является поверхностным рецептором коронавируса, который взаимодействует с шиповидным белком во время инфекции. Их результаты, опубликованные в Science, могут помочь в  разработке антител для блокирования данного взаимодействия.

20 февраля: Группа Дэвида Вислера из Медицинской школы Университета Вашингтона опубликовала свою структуру шиповидного белка коронавируса, который можно найти в Cell.

21 февраля:. Вице-мэр Шанхая посетил центр микроскопии NanoPort в Шанхае, чтобы вникнуть, как микроскопия помогает исследовательскому сообществу понять коронавирус и разработать методы лечения для профилактики и контроля.

26 февраля: структура шиповидного белка из SARS-CoV-2 стала общедоступной в базе данных.

Метод крио-ЭМ пользуется широким спросом на протяжении семи лет, являясь технологически оснащенным методом. Использование качественного програмного обеспечения, высокая производительность и другие факторы, позволили исследовать различные биологические образцы с высоким разрешением. Менее чем за два месяца был достигнут значительный прогресс в понимании структуры и поведении коронавируса. В прошлом для достижения такого уровня могли потребоваться годы. Команда, которая картировала шиповидный белок, использовала около 3000 изображений, которые сегодня можно собрать в течение 24 часов. Десять лет назад на создание этих изображений могли уйти недели или даже месяцы.

С пониманием структуры коронавируса и возможностью быстро тестировать антитела, исследователи надеются разработать вакцину, которая будет готова для клинических испытаний.

В блоге директора Национального института здравоохранения обсуждалось влияние крио-ЭМ на исследования шиповидного белка SARS-CoV-2 и намечены следующие шаги по разработке вакцин-кандидатов.

Переведено с сайта компании ThermoFisher Scientific.

Статья доработана компанией Новации. 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: