Onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Diego, hebben een nieuwe manier ontwikkeld om de bewegingen van het spike-eiwit op het oppervlak van het SARS-CoV-2-virus, de ziekteverwekker die COVID-19 veroorzaakt, te visualiseren.

Het spike-eiwit is een cruciaal onderdeel van het virus en het doelwit van veel vaccins en behandelingen. Het spike-eiwit verandert echter ook voortdurend, wat het voor wetenschappers lastig maakt om effectieve behandelingen te ontwikkelen.

De nieuwe visualisatietechniek, cryo-elektronenmicroscopie (cryo-EM) genoemd, stelt wetenschappers in staat het spike-eiwit in ongekend detail te zien. Bij cryo-EM wordt het piekeiwit tot zeer lage temperaturen gekoeld en vervolgens met een elektronenmicroscoop foto's ervan gemaakt.

De resulterende beelden tonen het spike-eiwit in zijn natuurlijke staat en laten wetenschappers zien hoe het eiwit beweegt en van vorm verandert.

Deze informatie is van cruciaal belang om te begrijpen hoe het virus cellen infecteert en hoe vaccins en behandelingen kunnen worden ontwikkeld om de infectie te blokkeren.

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift Nature.

Hoe cryo-EM werkt

Cryo-EM is een relatief nieuwe techniek die wordt gebruikt om de structuur van eiwitten en andere biologische moleculen te bestuderen. Hierbij wordt het monster bevroren tot zeer lage temperaturen, waardoor de moleculen niet kunnen bewegen en ze in hun natuurlijke staat kunnen worden afgebeeld.

De elektronenmicroscoop die bij cryo-EM wordt gebruikt, is veel krachtiger dan een traditionele lichtmicroscoop en kan beelden met een veel hogere resolutie produceren. Hierdoor kunnen wetenschappers de details van het spike-eiwit in ongekend detail bekijken.

Wat de onderzoekers hebben gevonden

De onderzoekers gebruikten cryo-EM om het spike-eiwit in twee verschillende toestanden in beeld te brengen:de prefusietoestand en de postfusietoestand.

De prefusietoestand is de toestand waarin het spike-eiwit zich op het oppervlak van het virus bevindt. In deze toestand bevindt het eiwit zich in een gesloten conformatie en kan het geen cellen infecteren.

De postfusietoestand is de toestand waarin het spike-eiwit is gefuseerd met het membraan van een gastheercel. In deze toestand bevindt het eiwit zich in een open conformatie en is het in staat het genetische materiaal van het virus in de cel te injecteren.

De onderzoekers ontdekten dat het spike-eiwit een aantal vormveranderingen ondergaat terwijl het overgaat van de prefusietoestand naar de postfusietoestand. Deze veranderingen zijn van cruciaal belang voor het virus om cellen te infecteren.

Implicaties voor de ontwikkeling van vaccins en behandelingen

De nieuwe informatie over de bewegingen van het spike-eiwit zou wetenschappers kunnen helpen effectievere vaccins en behandelingen voor COVID-19 te ontwikkelen.

Vaccins die zich richten op het spike-eiwit kunnen worden ontworpen om te voorkomen dat het eiwit van vorm verandert, waardoor het virus de cellen niet kan infecteren. Behandelingen die zich richten op het spike-eiwit zouden ook kunnen worden ontworpen om te voorkomen dat het eiwit met het membraan van gastheercellen fuseert.

De onderzoekers hopen dat hun bevindingen zullen helpen de ontwikkeling van nieuwe behandelingen en vaccins voor COVID-19 te versnellen.