Newswise — Naukowcy z Johns Hopkins Medicine twierdzą, że ich nowe badania sugerują, że pierwsza przyspieszająca pandemię mutacja wirusa SARS-CoV-2, który powoduje COVID-19, wyewoluowała jako sposób na skorygowanie podatności spowodowanych przez mutację, która zapoczątkowała SARS- Pandemia CoV-2.

Nowe dowody, opublikowane w numerze z 23 grudnia Postępy nauki, odpowiada na ważne pytania biologiczne dotyczące dwóch kluczowych mutacji w białku „kolca” na powierzchni wirusa, twierdzą naukowcy. Sugeruje to, że mutacja o nazwie D614G w genie dla białka kolca, która pojawiła się zaledwie kilka miesięcy po tym, jak wirus zaczął rozprzestrzeniać się w populacjach ludzkich, nie była adaptacją do nowego ludzkiego gospodarza. Mutacja była raczej adaptacją do dramatycznych zmian, które zaszły w genie kolca tuż przed rozpoczęciem pandemii, co umożliwiło rozprzestrzenianie się SARS-CoV-2 między ludźmi poprzez przenoszenie drogą oddechową.

„Badanie to ujawniło, że dwie pierwsze zmiany genetyczne w ewolucji białka kolca w SARS-CoV-2 są powiązane ze względu na ich funkcję, a ta wiedza może poprawić nasze zrozumienie działania białka kolca i ewolucji wirusa, z ważne implikacje dla projektowania szczepionek i skuteczności przeciwciał COVID” – mówi dr Stephen Gould, profesor chemii biologicznej w Szkole Medycznej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, którego laboratorium badało podstawową biologię białka szczytowego wirusa podczas badania zaczął się.

Początkowa mutacja w wirusie, mówi Gould, jest znana naukowcom jako mutacja insercyjna miejsca cięcia furyny.

Badania przeprowadzone przez innych naukowców z całego świata wykazały, że ta mutacja umożliwiła cięcie białka szczytowego wirusa i przygotowanie go do szybkiego zakażenia komórek wyściełających drogi oddechowe.

Chociaż ta początkowa mutacja była niezbędna, aby pomóc SARS-CoV-2 skutecznie wniknąć do ludzkich komórek, efekty mutacji nie były dobre, mówi Gould, ponieważ przecięła strukturę białka kolca na dwie oddzielne części.

Ta zmiana, mówi Gould, zakłóciła inne funkcje białka wypustki i stworzyła ewolucyjną presję na drugą mutację, która mogłaby naprawić zakłócone funkcje białka wypustki, przy jednoczesnym utrzymaniu szybkich korzyści z infekcji początkowej mutacji.

Wkrótce po rozpoczęciu pandemii, na początku 2020 r., naukowcy z University of Toronto odkryli kolejną mutację SARS-CoV-2, nazwaną D614G; jednak jego dokładna funkcja nie była znana.

Gould, pierwszy autor i doktorant Chenxu Guo oraz zespół badawczy postanowili zrozumieć mutację D614G i jej wpływ.

Pracując z dziesiątkami próbek krwi od pacjentów z COVID hospitalizowanych w kwietniu 2020 r. w The Johns Hopkins Hospital, zespół Goulda wyizolował przeciwciała dla białka kolca z próbek krwi pacjentów. Następnie wykorzystali te przeciwciała do śledzenia lokalizacji białek kolczastych w ludzkich komórkach genetycznie zmodyfikowanych w celu wytworzenia kolczastych cząsteczek powierzchniowych.

Odkryli, że mutacja D614G przekierowuje białko wypustki i wciąga wirusa z powierzchni komórek ludzkich do maleńkiego przedziału w komórce zwanego lizosomem, który przeprogramowuje białko wypustki do pojemników do przechowywania, które są używane do uwalniania zakaźnych cząstek wirusa z komórki .

Ponadto mutacja D614G spowodowała trzykrotny spadek obfitości białek wypustek na powierzchni komórki.

„Przy mniejszej ilości białka kolczastego na powierzchni komórek zakażonych wirusem układ odpornościowy może mieć większe trudności z identyfikacją i zabiciem komórek zawierających wirusy” – mówi Gould.

Gould współpracował też z laboratorium dr Andrew Pekosza, profesora mikrobiologii i immunologii w Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health, który potwierdził, że te mutacje mają takie same skutki w komórkach zakażonych SARS-CoV-2.

Naukowcy ostrzegają, że badanie nie dostarcza informacji na temat wciąż dyskutowanego pochodzenia wirusa. Jednak ich praca sugeruje, że te dwie mutacje prawdopodobnie powstały w krótkim odstępie czasu.

Gould i Pekosz kontynuują badania, sprawdzając, w jaki sposób mutacje białek kolców w nowszych szczepach wirusów wpływają na handel białkami kolców, badając tożsamość ludzkich białek, które dostarczają białka kolców do lizosomów, oraz badając, w jaki sposób białka kolców przekształcają lizosomy w przedziały, które uwalniają więcej wirusów .

Badanie było finansowane przez National Institutes of Health (UG3CA241687, R35HL150807, HHSN272201400007C, U19A1088791), Capricor Inc. oraz Johns Hopkins Provost’s Fund for SARS-CoV-2 Viral Immunopathogenesis. Guo jest stypendystą Johns Hopkins AstraZeneca.

Oprócz Goulda, Guo i Pekosza, inni współtwórcy badań to Shang-Jui Tsai, Yiwei Ai, Maggie Li, Eduardo Anaya i Andrea Cox z Johns Hopkins.

Gould, Guo i Tsai są beneficjentami własności intelektualnej będącej w posiadaniu Johns Hopkins University, z których niektóre są istotne dla tego artykułu. Gould był płatnym konsultantem dla Capricor, a wcześniej posiadał udziały w Capricor. To porozumienie zostało sprawdzone i zatwierdzone przez Uniwersytet Johnsa Hopkinsa zgodnie z jego polityką dotyczącą konfliktu interesów.

DOI: 10.1126/sciadv.ade5085