Sinds het begin van de COVID-19-pandemie zijn beelden van het coronavirus, SARS-CoV-2, in onze geest geschroeid. Maar de manier waarop we ons het virus voorstellen, meestal als een bol met spikes, is niet helemaal nauwkeurig. Microscoopbeelden van geïnfecteerde weefsels hebben onthuld dat coronavirusdeeltjes eigenlijk ellipsvormig zijn en een grote verscheidenheid aan geplette en langwerpige vormen vertonen.

Nu heeft een wereldwijd onderzoeksteam, waaronder wetenschappers van Queen's University, Canada, en het Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), Japan, gemodelleerd hoe de verschillende elliptische vormen de manier beïnvloeden waarop deze virale deeltjes in vloeistoffen roteren, wat invloed heeft op hoe gemakkelijk de virus kan worden overgedragen. De studie is onlangs gepubliceerd in Physics of Fluids .

"Wanneer coronavirusdeeltjes worden ingeademd, bewegen deze deeltjes zich in de doorgangen in de neus en longen", zegt professor Eliot Fried, die de afdeling Mechanica en Materialen bij OIST leidt. "We zijn geïnteresseerd om te onderzoeken in hoeverre ze mobiel zijn in deze omgevingen."

Het specifieke type beweging dat de wetenschappers hebben gemodelleerd, staat bekend als roterende diffusiviteit, die de snelheid bepaalt waarmee de deeltjes roteren terwijl ze door vloeistof bewegen (in het geval van het coronavirus, speekseldruppels). Deeltjes die gladder en meer hydrodynamisch zijn, ondervinden minder weerstand van de vloeistof en roteren sneller. Voor coronavirusdeeltjes heeft deze rotatiesnelheid invloed op hoe goed het virus zich kan hechten aan cellen en deze kan infecteren.

"Als de deeltjes te veel roteren, besteden ze misschien niet genoeg tijd aan interactie met de cel om deze te infecteren, en als ze te weinig roteren, kunnen ze misschien niet op de noodzakelijke manier interageren", legt prof. Fried uit.

In de studie modelleerden de wetenschappers zowel prolate als afgeplatte ellipsoïden van revolutie. Deze vormen verschillen van bollen (die drie assen van identieke lengte hebben) in slechts één van hun assen, waarbij prolate vormen één langere as hebben, terwijl afgeplatte vormen één kortere as hebben. Tot het uiterste genomen, verlengen prolate vormen zich tot staafachtige vormen, terwijl afgeplatte vormen tot muntachtige vormen verpletteren. Maar voor coronavirusdeeltjes zijn de verschillen subtieler.

De wetenschappers maakten het model ook het meest realistische tot nu toe, door de spike-eiwitten toe te voegen aan het oppervlak van de ellipsoïden. Eerder onderzoek van Queen's University en OIST toonde aan dat de aanwezigheid van driehoekige spike-eiwitten de snelheid verlaagt waarmee de coronavirusdeeltjes roteren, waardoor hun vermogen om cellen te infecteren mogelijk toeneemt.

Hier hebben de wetenschappers de spike-eiwitten op een eenvoudigere manier gemodelleerd - waarbij elk spike-eiwit wordt weergegeven door een enkele bol op het oppervlak van de ellipsoïden.

"Vervolgens hebben we de rangschikking van de spikes op het oppervlak van elke ellipsoïde vorm bedacht door aan te nemen dat ze allemaal dezelfde lading bevatten", legt Dr. Vikash Chaurasia uit, een postdoctoraal onderzoeker in de OIST Mechanics and Materials Unit. "Spikes met identieke ladingen stoten elkaar af en zitten het liefst zo ver mogelijk van elkaar. Ze eindigen daarom gelijkmatig verdeeld over het deeltje op een manier die deze afstoting minimaliseert."

In hun model ontdekten de onderzoekers dat hoe meer een deeltje verschilt van een bolvorm, hoe langzamer het roteert. Dit zou kunnen betekenen dat de deeltjes beter in staat zijn om uit te lijnen en zich aan cellen te hechten.

Het model is nog steeds simplistisch, erkennen de onderzoekers, maar het brengt ons een stap dichter bij het begrijpen van de transporteigenschappen van het coronavirus en zou kunnen helpen een van de factoren vast te stellen die essentieel zijn voor het infectieuze succes ervan. + Verder verkennen

Driehoekige spikes sleutel tot overdracht van coronavirus, vindt nieuwe studie