Un quadro migliore degli zuccheri può aumentare la nostra comprensione di come gli esseri umani vengono infettati dal virus dietro COVID-19 e altri agenti patogeni.
Per respingere efficacemente un’invasione nemica, è utile disporre di informazioni accurate sulle armi e sul piano di attacco del nemico. Gli scienziati medici che lavorano per respingere i virus infettivi, come quelli che causano COVID-19 e HIV, ora dispongono di un metodo migliore per ottenere tali informazioni grazie alla ricerca del National Institute of Standards and Technology (NIST).
Dalla particella virale che causa il Covid-19 sporgono proteine a forma di punta, rivestite con molecole di zucchero chiamate glicani, che sono fondamentali per il processo di infezione. Gli scienziati del NIST hanno migliorato la nostra capacità di determinare i tipi, le quantità e le posizioni dei glicani sui picchi. Il nuovo metodo potrebbe aiutare la scienza medica a respingere il COVID-19 e altri virus, dall’Ebola all’HIV. Credito immagine: N. Hanacek/NIST
L’arma principale utilizzata da molti virus per attaccarsi e invadere la cellula della vittima è una proteina a forma di punta che sporge dalla superficie del virus. Poiché le proteine spike svolgono un ruolo essenziale nel processo di infezione, i vaccini e i metodi di trattamento spesso le prendono di mira, ma queste proteine non sono segni facili.
Uno dei motivi è che ciascuna proteina del picco è avvolta in un gruppo vario di molecole di zucchero. Questi zuccheri aiutano la particella virale a infettare la cellula ed eludere il sistema immunitario. Fino ad ora, la nostra capacità di determinare i tipi di zuccheri in punti specifici delle proteine spike dipendeva in gran parte da congetture plausibili.
Il nuovo metodo del team del NIST migliora notevolmente la capacità di identificare accuratamente queste molecole di zucchero. In un articolo pubblicato su Giornale di ricerca sul proteoma, il gruppo descrive in dettaglio i tipi, le quantità e le posizioni degli zuccheri che si ramificano dalle proteine del picco sulla particella virale SARS-CoV-2, che causa COVID-19.
Mentre i risultati aiuteranno gli scienziati negli sforzi per respingere in particolare il Covid-19, il valore più ampio dei risultati risiede nel metodo che li ha rivelati, poiché la sua applicazione potrebbe migliorare la capacità di respingere una serie di altri virus che affliggono l’umanità.
Secondo Stephen Stein del NIST, uno degli autori dell’articolo, caratterizzare la confusa gamma di zuccheri sulla proteina Spike è cruciale per dare alla scienza medica un quadro chiaro del nemico.
“Se hai a che fare con le interazioni virali a livello molecolare, devi sapere tutto sulla molecola. Più cose sai, più sarai sicuro di come funziona”, ha detto Stein, chimico e membro del NIST. “Come fa la particella a eludere l’attacco degli anticorpi del sistema immunitario?
Per rispondere a questa domanda è necessario conoscere i dettagli della struttura molecolare della particella, ma fino ad ora questo “rivestimento di zucchero” non era noto con precisione. Qualsiasi incertezza nella sua struttura porterà a incertezze nello svelare il suo comportamento”.
Tali limitazioni hanno reso la vita difficile ad altri scienziati che stanno cercando di creare modi per combattere l’infezione virale. Uno sguardo dettagliato su come si comportano gli zuccheri potrebbe fare una differenza sostanziale per ricercatori come S. Saif Hasan, un assistente professore presso la Scuola di Medicina dell’Università del Maryland che studia come i virus invadono le nostre cellule e le trasformano in fabbriche che producono virus.
“Il nuovo metodo del team del NIST ci fornisce informazioni senza precedenti sulla chimica a livello atomico che è alla base di un’infezione riuscita”, ha affermato Hasan. “Ci offre nuove strade per studiare la qualità dei vaccini contro diversi virus. Questo è qualcosa che non era facilmente possibile in passato”.
Questi diversi virus sono una galleria di agenti patogeni umani inclusi COVID, HIV, influenza E Ebola. Tutti questi particolari virus hanno proteine appuntite che fuoriescono dalla superficie.
A rendere le proteine delle punte ancora più difficili da visualizzare sono le diverse varietà di molecole di zucchero, note come glicani, che si ramificano verso l’esterno dalle punte. Gli scienziati non hanno la capacità di determinare il profilo di glicosilazione di un picco, una mappa di quali zuccheri particolari si trovano su un picco.
Un dispositivo ampiamente utilizzato chiamato spettrometro di massa può fornire un buon elenco generale di tutti i glicani presenti in un campione, ma fino ad ora gli scienziati non disponevano di un metodo rigoroso di analisi dei dati in grado di trasformare questo elenco in una mappa con dettagli affidabili.
Il team del NIST ha sviluppato quel metodo di analisi nel corso di un meticoloso periodo di mesi, utilizzando lo spettrometro di massa per osservare da vicino i campioni della proteina spike SARS-CoV-2 ottenuti da 11 diversi fornitori.
I membri del team hanno sfruttato la loro esperienza collettiva nella determinazione e validazione degli spettri di massa per elaborare serie completamente nuove di algoritmi in grado di analizzare un campione, e le molteplici fonti di campione hanno permesso loro di assicurarsi di ottenere risultati accurati indipendentemente dall’origine della proteina.
“Non è un segreto per la comunità scientifica che l’analisi dei dati qui sia difficile”, ha detto Meghan Burke Harris, un’altra autrice di questo lavoro. “Molti glicani sembrano simili e spesso sono difficili da distinguere. Ma le misurazioni approfondite e l’analisi dei dati forniscono un metodo affidabile per questo compito, che pone le basi per effettuare misurazioni accurate”.
Oltre al metodo più ampio, il documento del team offre una libreria di profili di glicosilazione SARS-CoV-2 e include rappresentazioni visive dei risultati. Hasan ha affermato che la loro forma grafica gli consente di osservare i dati in modo intuitivo, risolvendo potenzialmente problemi che sarebbero stati intrattabili.
“Come esempio ipotetico, diciamo che ci sono due lotti dello stesso vaccino prodotti separatamente. Per qualche ragione sconosciuta, uno fornisce una protezione migliore dell’altro”, ha detto Hasan. “Con questa tecnica, potremmo ottenere maggiori informazioni sul motivo per cui un lotto è migliore di un altro e potremmo utilizzarla in futuro per progettare vaccini migliori”.
Articolo: MC Burke, Y. Liu, C. Remoroza, YA Mirokhin, SL Sheetlin, DV Tchekhovskoi, G. Wang, X. Yang e SE Stein. Determinazione dei profili glicanici sito-specifici delle proteine ricombinanti della punta SARS-CoV-2 da più fonti. Giornale di ricerca sul proteoma. 30 agosto 2023. DOI: 10.1021/acs.jproteome.3c00271
Fonte: NIST
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