Computational Network Science-Ansatz enthüllt neue Mechanismen für Coronaviren-Infektionen

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Computational Network Science-Ansatz enthüllt neue Mechanismen für Coronaviren-Infektionen

Eine Gruppe von Fledermausviren, die mit SARS-CoV-2 verwandt sind, kann auch menschliche Zellen infizieren, nutzt aber einen anderen und unbekannten Eingang.

Während die Forscher noch daran arbeiten, wie diese Viren Zellen infizieren, könnten die Ergebnisse bei der Entwicklung neuer Impfstoffe helfen, die verhindern, dass Coronaviren eine weitere Pandemie verursachen.

Ein Team von Forschern der Washington State University, das in der Zeitschrift eBioMedicine veröffentlichte, verwendete einen rechnergestützten Ansatz auf der Grundlage der Netzwerkwissenschaft, um zwischen einer Gruppe von Coronaviren, die menschliche Zellen infizieren können, und solchen zu unterscheiden, die dies nicht können. Die Forscher bestätigten dann ihre Berechnungsergebnisse im Labor und zeigten, dass ein spezifischer Virus-Cluster sowohl menschliche als auch Fledermauszellen infizieren kann.

Was wir bei diesen Viren feststellen, ist, dass sie durch einen anderen Mechanismus oder Rezeptor in die Zellen gelangen können, und das hat viele Auswirkungen darauf, wie und ob sie uns infizieren könnten.


Michael Letko, Co-Senior-Autor und Assistenzprofessor, Paul Allen School of Global Health

Die speziesübergreifende Übertragung von Coronaviren stellt eine ernsthafte Bedrohung für die globale Gesundheit dar. Während zahlreiche Coronaviren in Wildtieren entdeckt wurden, konnten Forscher nicht vorhersagen, welche die größte Bedrohung für den Menschen darstellen, und müssen sich bemühen, Impfstoffe zu entwickeln, nachdem Viren übergelaufen sind.

„Da wir immer mehr an Orten vordringen, an denen es zu Interaktionen zwischen Mensch und Tier kommt, ist es sehr wahrscheinlich, dass es viele Viren geben wird, die untersucht werden müssen“, sagte auch Shira Broschat, Professorin an der School of Electrical Engineering and Computer Science Co-Senior-Autor auf dem Papier.

SARS-CoV-2, das Virus hinter der anhaltenden Pandemie, ist eines von mehreren verwandten Viren, das sein Spike-Protein verwendet, um Zellen zu infizieren, indem es an ein Rezeptorprotein namens Angiotensin-Converting-Enzym 2 (ACE2) bindet. ACE2-Rezeptoren befinden sich in vielen Arten menschlicher Gewebe und Zellen, darunter in Lunge, Herz, Blutgefäßen, Nieren, Leber und Magen-Darm-Trakt. In früheren Studien zeigte Letko, dass eine andere Gruppe von Sarbecoviren, die Familie, zu der SARS CoV-2 gehört, auch menschliche Zellen infizieren kann. Wie sie das machen, ist noch immer ein Rätsel. Sarbecoviren kommen weltweit in Fledermäusen und anderen Säugetieren vor.

Die Forscher begannen mit einer Datenbank, die mehr als 1,6 Millionen Sarbecovirus-Einträge enthielt. Um besser zu verstehen, was die tierischen Viren, die menschliche Zellen infizieren können, von denen unterscheidet, die dies nicht können, konstruierten die Forscher Netzwerkkarten, die die Verwandtschaft viraler Spike-Sequenzen zeigen. Als das Team seine Aufmerksamkeit auf einen kleinen Teil des Spike-Proteins richtete, das von einigen Coronaviren verwendet wird, um an Rezeptoren zu binden, entdeckten sie, dass ihre Netzwerkkarte die Viren in Clustern angeordnet hatte, die diejenigen trennten, die menschliche Zellen infizieren können, und diejenigen, die dies nicht können.

„So viele Leute sequenzieren Genome, weil es ziemlich billig und einfach ist, aber man muss all diese Sequenzen verstehen“, sagte Broschat. „Wir müssen die Beziehungen zwischen den Sequenzen herausfinden.“

Mit dieser sehr kleinen Region des Spike-Proteins im Visier wandten sich die Forscher dann an das Labor. Letkos Team ist spezialisiert auf die Untersuchung, wie Viren Zellen infizieren und konnte zeigen, dass diese Region des Spike-Proteins tatsächlich nicht-infektiösen, virusähnlichen Partikeln das Eindringen in menschliche Zellkulturen ermöglichen kann. Die umfangreichen Laborergebnisse des Teams bestätigten die Genauigkeit der Netzwerkkarte.

Die Forscher sind sich immer noch nicht sicher, welche Rezeptoren beteiligt sind und ob dieser Infektionsweg tatsächlich effizient genug ist, damit es zu einem artenübergreifenden Übergreifen kommt, aber sie haben eine Region auf den Virusspitzen identifiziert, die entscheidend dafür zu sein scheint, wie die Virusgruppe mehrere verschiedene infizieren kann Zelltypen in mehreren verschiedenen Arten – Informationen, die für die Impfstoffentwicklung entscheidend sein werden.

Die Forscher hoffen, dass Wissenschaftler, wenn neue Viren in dieser Virusfamilie entdeckt werden, sie auf Computerebene untersuchen und eine Vorhersage darüber treffen können, was sie im Labor tun werden.

„Es ist wie ein Krimi – man jagt und jagt, und man bekommt die Geschichte immer klarer“, sagte Broschat. „Nun, okay, wer ist der Bösewicht?“

Die Arbeit wurde von der WSU und der Paul G. Allen School for Global Health finanziert.

Quellen:

Zeitschriftenreferenz:

Khalidian, E. et al. (2022) Sequenzdeterminanten des Eintritts in menschliche Zellen, identifiziert in ACE2-unabhängigen Fledermaus-Sarbecoviren: Ein kombinierter Labor- und Computernetzwerk-Wissenschaftsansatz. EBioMedizin. doi.org/10.1016/j.ebiom.2022.103990.