Ученые обнаружили, что первоначальный штамм SARS-CoV-2 мог связываться с сахарами, называемыми сиаловыми кислотами, на клетках человека, что не сохранилось у более поздних штаммов, таких как Delta и Omicron. Используя визуализацию высокого разрешения и инновационные методы анализа, они определили местоположение механизма связывания и изучили его эволюционное значение. Это открытие позволило понять особенности передачи вируса и его возможное зоонозное происхождение.
Было обнаружено, что первоначальный штамм SARS-CoV-2 связывается с сиаловыми кислотами (класс сахаров) на клетках человека, что не характерно для более поздних штаммов. Это открытие, сделанное сотрудниками Института Розалинда Франклина и Оксфордского университета, позволяет понять особенности передачи и эволюции вируса, соотносится с ранее полученными данными о тяжести заболевания и представляет новые методы анализа для изучения вирусных структур.
Оригинальный штамм вируса SARS-CoV-2, появившийся в начале 2020 г., был способен прикрепляться к сахарам, известным как сиаловые кислоты, находящимся на поверхности человеческих клеток, и эта способность не сохранилась у более поздних штаммов.
Это связывание было обнаружено с помощью комбинации магнитного резонанса и чрезвычайно точной визуализации высокого разрешения, проведенной в Институте Розалинда Франклина и Оксфордском университете, и опубликовано недавно в журнале Science.
Эта уникальная способность раннего штамма также позволяет предположить, что именно таким образом вирус впервые перешел от животных к человеку.
Сравнение с последующими вариантами
Последующие варианты вируса, такие как Delta и Omicron, не обладают такой способностью захватывать сиаловую кислоту и полагаются на рецепторы на своих коронных шипах для присоединения к белкам, называемым ACE2, на клетках человека.
Методы и техника исследования
Международная группа под руководством ученых из Института Розалинда Франклина использовала для дальнейшего исследования методы магнитного резонанса и комплексной визуализации. Используя метод спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), называемый разностью переноса насыщения, они разработали новый, сложный метод анализа для решения этой сложной проблемы. Методика получила название универсального анализа переноса насыщения (USTA).
Профессор Бен Дэвис из Института Розалинда Франклина и Оксфордского университета, один из старших авторов работы, сказал: «Две из сохраняющихся загадок пандемии коронавируса — это механизмы передачи вируса и происхождение зоонозного скачка.
«Существуют доказательства того, что некоторые вирусы гриппа могут захватывать сиаловую кислоту на поверхности клеток человека-хозяина, и это наблюдалось при ближневосточном респираторном синдроме (MERS), который является коронавирусом. Хотя у вызывающих опасения вариантов SARS-CoV-2 этот механизм не проявлялся, наше исследование показало, что появившийся в начале 2020 г. штамм вируса может использовать его для проникновения в клетки человека».
Механизм связывания и эволюция вируса
Механизм связывания находится на конце N-концевого домена, который является той частью вируса, которая эволюционирует быстрее. Ранее этот домен связывали с сиаловой кислотой, но до тех пор, пока сотрудники Института Розалинда Франклина не применили высокоточное изображение высокого разрешения и анализ, это было недоказуемо.
Что касается причин, по которым вирус отказался от функции связывания сахаров в процессе эволюции новых вариантов, профессор Дэвис предполагает, что она может быть необходима для первоначального зоонозного перехода в организм человека от животных, но затем может быть скрыта до тех пор, пока не понадобится снова — особенно если эта функция в целом негативно влияет на миссию вируса по репликации и инфицированию человека.
Корреляция с более ранними данными и последствия
Этот вывод коррелирует с данными, полученными в ходе первой волны исследования в Италии. Итальянский консорциум по геномике выявил корреляцию между тяжестью заболевания COVID-19 и генетикой: пациенты с мутацией определенного гена, влияющего на тип сиаловой кислоты на клетках, были в меньшей степени представлены в отделениях интенсивной терапии. Это позволило предположить, что вирусу легче заразить некоторые генотипы, чем другие.
Профессор Джеймс Нейсмит, директор Института Розалинда Франклина, говорит: «Благодаря сверхточным изображениям и новому методу анализа мы можем увидеть ранее неизвестную структуру в самом конце шипа SARS-CoV-2. Удивительно то, что наша находка коррелирует с тем, что отметили итальянские исследователи в первой волне, что позволяет предположить, что она играла ключевую роль в ранней стадии инфекции».
«Новая методика может быть использована другими исследователями для изучения других вирусных структур и ответа на очень подробные вопросы. Эта работа является примером уникальных технологий, для разработки которых был создан Институт Розалинда Франклина».
Ссылка: «Pathogen-sugar interactions revealed by universal saturation transfer analysis» by Charles J. Buchanan, Ben Gaunt, Peter J. Harrison, Yun Yang, Jiwei Liu, Aziz Khan, Andrew M. Giltrap, Audrey Le Bas, Philip N. Ward, Kapil Gupta, Maud Dumoux, Tiong Kit Tan, Lisa Schimaski, Sergio Daga, Nicola Picchiotti, Margherita Baldassarri, Elisa Benetti, Chiara Fallerini, Francesca Fava, Annarita Giliberti, Panagiotis I. Koukos, Matthew J. Davy, Abirami Lakshminarayanan, Xiaochao Xue, Georgios Papadakis, Lachlan P. Deimel, Virgínia Casablancas-Antràs, Timothy D. W. Claridge, Alexandre M. J. J. Bonvin, Quentin J. Sattentau, Simone Furini, Marco Gori, Jiandong Huo, Raymond J. Owens, Christiane Schaffitzel, Imre Berger, Alessandra Renieri, GEN-COVID Multicenter Study, James H. Naismith, Andrew J. Baldwin and Benjamin G. Davis, 23 июня 2023 г., Science . DOI: 10.1126/science.abm3125
