Met elke nieuwe SARS-CoV-2-variant die opduikt, ontstaat er wereldwijde paniek om het dreigingsniveau te bepalen. Maar een groep kwantumbiologen, ingenieurs en virusfysici denkt dat we al de tools hebben om gevaarlijke coronavirussen en hun varianten gemakkelijker te detecteren en te stoppen.

Tijdens de APS maart-bijeenkomst in 2022 zullen de wetenschappers bespreken hoe kwantumtrillingen, moleculaire mapping, genetische hotspotbewaking en nanodiamanten klaar zijn om de geheimen van het spike-eiwit en RNA van SARS-CoV-2 te ontrafelen, wat leidt tot een betere diagnose, variante risicobeoordeling, en behandeling.

Ze zullen hun resultaten delen tijdens een persconferentie op donderdag 17 maart 2022. De conferentie zal ter plaatse worden gehouden en worden gestreamd via Zoom.

Alle SARS-CoV-2-virussen gebruiken het spike-eiwit om toegang te krijgen tot gastheercellen, waardoor dat eiwit cruciaal is voor de ontwikkeling van betere vaccins en medicijnen. Maar één gebied van de geografie van de piek blijft moeilijk in kaart te brengen:de exacte locatie waar het virus zich hecht.

Dus Karissa Sanbonmatsu, een structurele bioloog van Los Alamos National Laboratory, paste samen met Chang-Shung Tung de nieuwste computermethoden toe om de moleculaire samenstelling van de regio te achterhalen.

"We presenteren nieuwe modellen van het deel van het spike-eiwit dat het virus aan de gastheer verankert, die consistent zijn met experimentele gegevens", zei Sanbonmatsu. Tijdens de bijeenkomst zal ze bespreken hoe de simulaties verwarrende dichtheidsmetingen verklaren die in experimenten zijn gevonden.

De binding tussen spike-eiwit en gastheercel resulteert ook in enkele "slechte trillingen", heeft een groep aan de Universiteit van KwaZulu-Natal ontdekt.

"In het geval van de SARS-CoV-2 laten we zien dat de spike-eiwitvibraties de kans op een elektronenoverdracht in gastheerreceptoren kunnen vergroten", zegt Francesco Petruccione, een kwantumbioloog die de resultaten zal presenteren.

De groep onderzocht welke rol deze kwantumtunneling zou kunnen spelen bij SARS-CoV-2-infectie - en of behandelingen kunnen worden ontworpen om de trillingen te onderbreken die het virus helpen zich te binden. Mutaties die leiden tot nieuwe varianten leiden ook tot andere trillingspatronen.

"Het meest praktische resultaat van dit onderzoek is de identificatie van nieuwe therapieën om SARS-CoV-2-infectie te voorkomen", zei Petruccione. "Dit model van receptoractivering kan ook een manier zijn om de besmettelijkheid van nieuwe SARS-CoV-2-stammen te voorspellen."

Het bepalen welke spike-eiwitmutaties tot meer virusoverdracht zullen leiden, stuit regelmatig op epidemiologen, aangezien directe experimentele gegevens zouden vereisen dat mensen opzettelijk aan varianten worden blootgesteld.

De natuurkundige John Barton van de University of California Riverside en medewerkers besloten het probleem op een onverwachte manier te benaderen door genomische surveillance te combineren met de hulpmiddelen van statistische fysica.

"Onze methode is de eerste die, voor zover wij weten, in staat is om de effecten van SARS-CoV-2-mutaties op virale transmissie, inclusief het reizen van geïnfecteerde individuen, uitgebreid te beoordelen met behulp van de miljoenen virale sequenties die zijn verzameld tijdens de pandemie ," zei Barton.

Het team vond hotspots in het SARS-CoV-2-genoom waar zeer besmettelijke mutaties ontstaan, ook in eiwitten die veel minder bestudeerd zijn dan de piek. Tijdens de vergadering zal Barton bijgewerkte gegevens over de Omicron-variant presenteren.

"Belangrijk is dat ons model ons in staat stelt om zeer snel meer overdraagbare varianten van het virus te detecteren wanneer ze zich voordoen:we kunnen een aanzienlijk verhoogde transmissie detecteren voor de varianten Alpha en Delta wanneer ze in bepaalde regio's met frequenties van slechts ongeveer 1% waren", zei Barton .

Ongeacht de variant, vroege detectie van coronavirusinfectie is van cruciaal belang voor het stoppen van overdracht en pieken.

Onderzoekers onder leiding van Changhao Li, afgestudeerde student van het Massachusetts Institute of Technology, ontwierpen een kwantumsensor om COVID-19 te diagnosticeren. Hun test zou een ultralaag percentage fout-negatieven kunnen opleveren dat aanzienlijk verbetert ten opzichte van standaard PCR-tests.

"We stellen voor en demonstreren experimenteel een hybride kwantumsensor voor virus-RNA, gebaseerd op stikstof-vacature spindefecten in nanodiamanten en magnetische nanodeeltjes", zei Li. De groep publiceerde de eerste ontwerpen in Nano Letters .

Li zal tijdens de bijeenkomst nieuwe voorlopige experimentele resultaten delen. Slechts enkele honderden exemplaren van SARS-CoV-2 zouden voldoende zijn om de kwantumsensor te pingen, wat betekent dat minder dan 1% van de tests per ongeluk negatief zou zijn. De test belooft goedkoop, snel en eenvoudig op te schalen te zijn.

Van kwantum tot computationeel, statistisch tot vibrationeel, fysica en haar gevestigde technieken zouden niet alleen het einde van de huidige pandemie kunnen bespoedigen, maar ook de basis kunnen leggen voor een snellere reactie op de volgende. + Verder verkennen

Natuurkunde gebruiken om de overdrachtseffecten van verschillende SARS-CoV-2-mutaties te verklaren