Phát hiện mới về protein của virus SARS-CoV-2 lý giải khả năng lây nhiễm

Một nhóm các nhà khoa học Đức, bao gồm các thành viên Phòng thí nghiệm Sinh học phân tử châu Âu (EMBL) ở Heidelberg, Viện Vật lý y sinh Max Planck, Viện nghiên cứu Paul-Ehrlich và trường đại học Frankfurt Goethe đã tập trung vào cấu trúc bề mặt của virus để có thêm những cái nhìn sâu hơn về cách họ có thể sử dụng để phát triển các vaccine và của những liệu pháp điều trị hiệu quả cho các bệnh nhân bị lây nhiễm.

Công bố của họ mang tên “In situ structural analysis of SARS-CoV-2 spike reveals flexibility mediated by three hinges” (Phân tích cấu trúc tại chỗ của gai SARS-CoV-2 tiết lộ tính linh hoạt do ba khớp nối) xuất bản trên Science.

Nhóm nghiên cứu đã kết hợp các phương pháp chụp X quang điện tử nhiệt độ thấp và các mô phỏng động lực phân tử để phân tích cấu trúc phân tử của protein gai trong môi trường tự nhiên của nó, lên những virus hoàn chỉnh và với độ phân giải ở mức gần nguyên tử. Sử dụng kính hiển vi điện tử nhiệt độ thấp hiện đại của EMBL, họ có 266 tấm chụp cắt lớp của 1000 virus khác nhau, mỗi tấm có trung bình khoảng 40 gai trên bề mặt. Việc kết hợp các kỹ thuật xạ hình và xử lý hình ảnh với các mô phỏng động lực phân tử cuối cùng đã cung cấp cho các nhà nghiên cứu thông tin cấu trúc mới nhất và quan trọng nhất về các gai này.

Các kết quả thu được thật đáng ngạc nhiên: dữ liệu cho thấy phần hình cầu của protein virus, nơi chứa vùng liên kết thụ thể và “cỗ máy” đó cần sự dung hợp với tế bào đích, được kết nối với một cái cuống linh hoạt. “Phần hình cầu phía trên của gai có một cấu trúc dễ tái tạo bằng các protein tái tổ hợp, có thể dùng nó để phát triển vaccine”, Martin Beck, trưởng nhóm nghiên cứu ở EMBL và là giám đốc của Viện nghiên cứu Vật lý y sinh Max Planck (MPI). “Phát hiện của chúng tôi về cái cuống này, với phần hình cầu của protein gai đến bề mặt virus, là mới”.

“Chúng tôi từng nghĩ cái cuống này hoàn toàn cứng”, Gerhard Hummer của MPI và Viện Vật lý Y sinh ở trường đại học Frankfurt Goethe. “Nhưng qua những mô hình tính toán của chúng tôi trong các hình ảnh thực tế, chúng tôi đã phát hiện ra những cái cuống lại ‘hành xử’ vô cùng lonh hoạt”. Bằng việc kết hợp các mô hình động lực phân tử với chụp X quang điện tử nhiệt độ thấp, nhóm nghiên cứu đã nhận được ba mấu nối - hông, khuỷu và đầu gối – đã đem lại sự linh hoạt của cuống này.

“Giống như một quả bóng trên dây, các gai xuất hiện và chuyển động trên bề mặt của virus cho đến lúc có thể tìm được thụ thể để xâm nhập vào tế bào đích”, Jacomine Krijnse Locker, trưởng nhóm nghiên cứu tại Viện Paul Ehrlich, nói. Để ngăn chặn sự lây nhiễm, các kháng thể hướng đến những cái gai này. Tuy nhiên các hình ảnh và mô phỏng đã cho thấy toàn bộ protein gai, bao gồm cả cuống, được bao phủ bằng các chuỗi phân tử giống đường glycan. Các chuỗi này như một dạng áo bảo vệ che chắn các gai khỏi các kháng thể trung hòa: một phát hiện quan trọng khác để tạo ra các vaccine và thuốc hiệu quả.