Prima mappa in scala atomica 3D del coronavirus

I ricercatori dell'University of Texas at Austin e del National Institutes of Health hanno fatto un importante passo avanti verso lo sviluppo di un vaccino per il nuovo coronavirus del 2019 creando la prima mappa in scala atomica 3D della parte del virus che si attacca e infetta le cellule umane.

La mappatura di questa parte, chiamata spike protein, è un passaggio essenziale per consentire ai ricercatori di tutto il mondo di sviluppare vaccini e farmaci antivirali per combattere il virus. Il team scientifico sta anche lavorando su un candidato vaccino correlato derivante dalla ricerca. L'articolo è stato pubblicato sulla rivista Science. (1)

Il dottor Jason McLellan, (2) professore associato presso UT Austin che ha guidato la ricerca, e i suoi colleghi hanno trascorso molti anni a studiare altri coronavirus, tra cui SARS-CoV e MERS-CoV. Gli scienziati avevano già sviluppato metodi per bloccare le proteine dei picchi di coronavirus in una forma che le rendesse più facili da analizzare e che potessero effettivamente trasformarle in candidati per i vaccini. Questa esperienza ha conferito loro un vantaggio rispetto ad altri gruppi di ricerca che studiano il nuovo virus.

Il dottor Jason McLellan spiega: «sapevamo esattamente quali mutazioni mettere in questo coronavirus cinese perché avevamo già dimostrato che queste mutazioni funzionano per un gruppo di altri coronavirus.» La maggior parte della ricerca è stata condotta dai primi autori dello studio, Ph.D. lo studente Daniel Wrapp e il ricercatore associato Nianshuang Wang, entrambi alla University of Texas at Austin.

Solo due settimane dopo aver ricevuto la sequenza del genoma del virus da ricercatori cinesi, il team aveva progettato e prodotto campioni della loro proteina di picco stabilizzata. Ci vollero altri 12 giorni per ricostruire la mappa della scala atomica 3D, chiamata struttura molecolare, della spike protein e presentare un manoscritto a Science, che accelerò il suo processo di revisione. I numerosi passaggi coinvolti in questo processo richiedono in genere mesi per essere eseguiti.

Fondamentale per il successo è stata la tecnologia all'avanguardia nota come microscopia elettronica criogenica (crio-EM) nel nuovo Sauer Laboratory for Structural Biology (3) di UT Austin. Cryo-EM consente ai ricercatori di realizzare modelli 3D su scala atomica di strutture cellulari, molecole e virus.

La molecola prodotta dal team, e per la quale ha ottenuto una struttura, rappresenta solo la porzione extracellulare della spike protein, ma è sufficiente per suscitare una risposta immunitaria nelle persone e quindi fungere da vaccino.

Successivamente, il team del dottor McLellan utilizzerà la propria molecola per perseguire un'altra linea di attacco contro il virus che causa COVID-19, usando la molecola come “sonda” per isolare anticorpi prodotti naturalmente da pazienti che sono stati infettati dal nuovo coronavirus e recuperati con successo. In quantità sufficienti, questi anticorpi potrebbero aiutare a curare un'infezione da coronavirus subito dopo l'esposizione. Ad esempio, gli anticorpi potrebbero proteggere i soldati o gli operatori sanitari inviati in un'area con alti tassi di infezione con un preavviso troppo breve perché l'effetto dell'immunità da un vaccino abbia effetto.

Il dottor Barney S. Graham, (4) vicedirettore del Vaccine Research Center (VRC) del NIH a Bethesda, nel Maryland, ha contribuito a supervisionare gli esperimenti e a scrivere il manoscritto.

Gli altri coautori dello studio sono: Kizzmekia Corbett e Olubukola Abiona del VRC; Jory Goldsmith e Ching-Lin Hsieh dell'University of Texas at Austin.

Wang, Corbett, Graham e McLellan sono i promotori di una domanda di brevetto statunitense per la struttura delle proteine dei picchi di coronavirus nella conformazione di prefusione e il loro uso in terapia. Wrapp, Wang, Corbett, Abiona, Graham e McLellan sono inventori di una domanda di brevetto statunitense per il candidato al vaccino descritto in questa versione.

Questo lavoro è stato supportato in parte dal National Institutes of Health e dal National Institute of Allergy and Malattie infettive. Il Sauer Structural Biology Laboratory è supportato dall'Università del Texas presso il College of Natural Sciences di Austin e dal Cancer Prevention and Research Institute of Texas (CPRIT).

Riferimenti:

(1) Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation

(2) McLellan Lab

(3) Sauer Laboratory for Structural Biology

(4) Barney S. Graham

Descrizione foto: Jason S. McLellan, professore associato di bioscienze molecolari, a sinistra, e il dottorando Daniel Wrapp, a destra, lavorano nel McLellan Lab dell'University of Texas at Austin. - Credit: Vivian Abagiu/Univ. of Texas at Austin.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Breakthrough in Coronavirus Research Results in New Map to Support Vaccine Design