Понимание инфекции COVID-19 и возможных мутаций

Связывание спайкового белка (шипа) SARS-CoV-2 с белком ACE2 на поверхности человеческой клетки — это первый шаг к инфекции, которая может привести к болезни COVID-19. Исследователи из Университета Пенсильвании вычислительными методами оценили, как изменения в структуре вирусного шипа могут влиять на связывание с ACE2, и сравнили результаты с исходным вирусом SARS-CoV (SARS).

Их препринт, опубликованный онлайн в марте, был одним из первых, в котором вычислительно исследовалась высокая аффинность (склонность к связыванию) SARS-CoV-2 с человеческим ACE2. Статья была опубликована онлайн 18 сентября в Computational and Structural Biotechnology Journal. Работу задумали и возглавили Костас Маран (профессор химической инженерии) и его бывший аспирант Ратул Чоудхури (ныне постдок в Гарвардской медицинской школе).

Исследователи поставили две цели:

  1. Выявить ключевые структурные изменения, которые придают COVID-19 более высокую аффинность к человеческому белку ACE2 по сравнению с SARS.
  2. Оценить потенциальную аффинность вируса к белкам ACE2 домашнего скота или других животных.

Команда использовала подход молекулярного моделирования для вычисления силы связывания и взаимодействий при присоединении вирусного белка к ACE2 (расположенному в верхних дыхательных путях).

Результаты:

  • Спайковый белок SARS-CoV-2 высоко оптимизирован для связывания с человеческим ACE2.
  • Моделирование связывания с гомологичными белками ACE2 летучих мышей, крупного рогатого скота, кур, лошадей, кошек и собак показало наибольшую аффинность к ACE2 летучих мышей и человека. Более низкие значения аффинности были для кошек, лошадей, собак, крупного рогатого скота и кур.

Помимо объяснения молекулярного механизма связывания, исследователи также изучили изменения в вирусном шипе, которые могли бы изменить его аффинность к человеческому ACE2.

Значение:

Понимание поведения вируса при связывании с ACE2 и его толерантности к структурным изменениям шипа может помочь в будущих исследованиях:

  • Долговечности вакцин.
  • Потенциала вируса к распространению среди других видов.

Установленный исследователями вычислительный подход должен быть способен анализировать и другие механизмы проникновения вирусов, опосредованные связыванием с рецепторами, которые могут возникнуть в будущем.