Wetenschappers volgen een nieuwe strategie in de langdurige strijd tegen het SARS-CoV-2-virus door nanobodies te ontwikkelen die virusvarianten op twee verschillende manieren kunnen neutraliseren.

Bij laboratoriumonderzoeken onderzoekers identificeerden twee groepen moleculen die effectief waren tegen virusvarianten. Met behulp van verschillende mechanismen, nanobodies in elke groep omzeilden mutaties en schakelden het vermogen van het virus om zich te binden aan de receptor uit waardoor het gastheercellen kon binnendringen.

Hoewel vaccinatie de hervatting van sommige prepandemische activiteiten in delen van de wereld mogelijk maakt, SARS-CoV-2 baant zich snel een weg om vaccins heen door zichzelf te muteren. In dit onderzoek, de nanobodies neutraliseerden drie opkomende varianten:Alpha, Bèta en gamma.

"Bedrijven zijn al begonnen met het introduceren van de zorgwekkende varianten in de constructie van booster-shots van de bestaande vaccins, " zei Kai Xu, assistent-professor veterinaire biowetenschappen aan de Ohio State University en een co-hoofdauteur van het onderzoek. "Maar het virus muteert voortdurend, en de snelheid van mutatie kan sneller zijn dan we kunnen vastleggen. Daarom, we moeten meerdere mechanismen gebruiken om de verspreiding van het virus onder controle te houden."

Een versnelde artikelvoorbeeld van de studie wordt online gepubliceerd in Natuur .

Nanobodies zijn antilichamen die zijn afgeleid van de immunisatie van kameelachtige zoogdieren, zoals kamelen, lama's en alpaca's - die opnieuw kunnen worden ontworpen tot kleine moleculen die de structuren en functies van menselijke antilichamen nabootsen.

Voor dit werk, de onderzoekers immuniseerden lama's om enkelketenige antilichamen tegen SARS-CoV-2 te produceren. Ze immuniseerden ook "nanomice, " transgene muizen met een kameelachtig gen dat was ontwikkeld door onderzoekscollega Jianliang Xu in het laboratorium van Rafael Casellas, senior onderzoeker bij het National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases (NIAMS), om nanobodies te genereren die vergelijkbaar zijn met die van kameelachtigen.

Het team verbeterde de kracht van de nanobodies door de dieren eerst te immuniseren met het receptorbindende domein (RBD), een deel van het virale oppervlakte-spike-eiwit, en gevolgd door boostershots die het volledige spike-eiwit bevatten.

"Door deze sequentiële immunisatiestrategie te gebruiken, we hebben nanobodies gegenereerd die het virion kunnen vangen door het receptorbindende domein met zeer hoge affiniteit te herkennen, ' zei Xu.

De wetenschappers testten de neutralisatiecapaciteit van verschillende nanobodies, het oppervlak van het stroomgebied in kaart brengen, uitvoeren van functionele en structuuranalyses, en het meten van de sterkte van hun affiniteit om de kandidaatmoleculen te verkleinen van een grote bibliotheek tot zes.

Het coronavirus is zeer besmettelijk omdat het zeer stevig bindt aan de ACE2-receptor om toegang te krijgen tot long- en neusholtecellen bij mensen, waar het kopieën van zichzelf maakt om andere cellen te infecteren. Het receptorbindende domein op het spike-eiwit is van fundamenteel belang voor het succes ervan bij het hechten aan ACE2.

"Die RBD-ACE2-interface bevindt zich bovenaan het receptorbindende domein - dat gebied is het primaire doelwit voor de beschermende menselijke antilichamen, veroorzaakt door vaccinatie of eerdere infectie, om de virale toegang te blokkeren, " zei Xu. "Maar het is ook een regio die vaak gemuteerd is in de varianten."

De manier waarop mutanten tot nu toe zijn ontstaan, suggereert dat de langdurige afhankelijkheid van de huidige vaccins uiteindelijk in gevaar zal komen, zeggen de onderzoekers, omdat de effectiviteit van antilichamen aanzienlijk wordt beïnvloed door die mutanten op het grensvlak.

"We ontdekten dat bepaalde nanobodies een geconserveerd gebied van het receptorbindende domein kunnen herkennen, een verborgen locatie die te smal is voor menselijke antilichamen om te bereiken, " zei Xu. En op deze locatie bevestigd, ook al is het enige afstand van waar RBD verbinding maakt met ACE2, bereikt nog steeds wat de bedoeling is:het blokkeren van SARS-CoV-2 om een ​​gastheercel binnen te gaan.

De andere groep nanobodies, aangetrokken tot de RBD-ACE2-interface, terwijl ze in hun oorspronkelijke vorm bepaalde varianten niet konden neutraliseren. Echter, toen de onderzoekers deze groep construeerden om homotrimeren te zijn - drie kopieën die in tandem waren gekoppeld - bereikten de nanobodies een krachtige neutralisatie van het virus. Het op dezelfde manier veranderen van de structuur van de nanobodies die aan het geconserveerde gebied van RBD waren gehecht, verhoogde ook hun effectiviteit.

Er ligt nog veel meer onderzoek in het verschiet, maar de bevindingen suggereren dat nanobodies veelbelovende hulpmiddelen kunnen zijn om COVID-19-sterfte te voorkomen wanneer vaccins worden aangetast, zei Xu.

"Ons toekomstplan is om antilichamen specifiek tegen opkomende varianten voor therapeutische ontwikkeling verder te isoleren, en om een ​​betere oplossing voor vaccins te vinden door te leren van die antilichamen, " hij zei.