Światowe media skupione są w temacie SARS-CoV-2 albo na statystykach zachorowalności i śmiertelności, albo na doniesieniach o skuteczności potencjalnych szczepionek w kolejnych fazach prowadzonych badań klinicznych. Jednak gdyby przejść od skali makro do skali nano i spojrzeć na sprawę z biochemicznego czy immunologicznego punktu widzenia, może się okazać, że oba zagadnienia mają ze sobą więcej wspólnego, niż można by było przypuszczać.
Mutacja D614G a zachorowalność
Zgodnie z najnowszymi ustaleniami, już w lutym 2020 roku pojawił się nowy izolat wirusa SARS-CoV-2 z mutacją punktową D614G w białku powierzchniowym (glikoproteinie S) i szybko przewyższył inne pod względem rozpowszechnienia, w tym oryginalny izolat SARS-CoV-2 z Wuhan w Chinach. Mutacja polega na zamianie aminokwasu w pozycji 614 białka: asparaginian (D): glicyna (G). Ten wariant białka S jest cechą charakterystyczną najbardziej rozpowszechnionego wariantu genomowego A2a SARS-CoV-2 na świecie. Korzystając z danych filogenomicznych zauważono, że wariant D614G może nadawać zwiększoną transmisyjność prowadzącą do pozytywnej selekcji kladu ze wspomnianą mutacją. Jest on prawie 10 razy bardziej zakaźny niż oryginalny wirus, który wyłonił się z Chin. Na dodatkową uwagę zasługuje fakt, że zmutowana forma posiada cztery do pięciu razy więcej białek powierzchniowych, które pozwalają jej przyczepić się do receptora ACE2.
Wydawać by się mogło, że to wcale nie są dobre wieści. Jeśli dodamy do tego informację, że do tej pory skatalogowano już około 12 tysięcy mutacji SARS-CoV-2, wybuch paniki dla niezaznajomionych z tematem jest niemal gwarantowany. Warto więc odkryć wszystkie karty i pokazać drugą stronę przytaczanych danych. Koronawirus odpowiedzialny za COVID-19 mutuje około 10 razy wolniej niż np. wirus HIV. Dodatkowo, większość mutacji nie ma żadnego wpływu na funkcjonowanie wirusa. A sama wspomniana mutacja D614G wydaje się stabilizować wirusa w populacji – tak, to nie jest błąd. Wirusolodzy zgodnie twierdzą, że wirusy w toku mutacji dążą do form zjadliwych, czego przykładem może być dominujący klad. W końcu, wirus działa w swoim najlepszym interesie, więc zależy mu aby przetrwać, nie zabijać gospodarza.
Jednak mechanizm, który odpowiada za wzrost zakaźności wirusa jest mieczem obusiecznym. Wariant D614G posiada zmianę w białku powierzchniowym – na końcu glikoproteiny S mutacja spowodowała wytworzenie tzw. klapki, która pozwala na jeszcze skuteczniejsze wiązanie się z komórkami. Jednak ten element potencjalnie ułatwia przeciwciałom unieszkodliwianie patogenu, co daje nadzieję, że testowane szczepionki mogą okazać się jeszcze bardziej skuteczne w zwalczaniu tej formy SARS-CoV-2.
Neuropilina-1 a zachorowalność
Poznając mechanizmy biochemiczne, możemy w szybszym tempie znaleźć brakujące elementy układanki. Mutacja D614G i jej wpływ na białko powierzchniowe, za którego pomocą przyczepia się do receptora ACE-2 – drugiego typu enzymu konwertującego angiotensynę – zwiększyła nasze rozumienie zaraźliwości SARS-CoV-2. Jednak naukowców wciąż zastanawiało, dlaczego wirus SARS-CoV z 2003 roku nie zdziesiątkował tak ludzkiej populacji jak jego młodszy kuzyn. Zespół z Uniwersytetu Helsińskiego i Uniwersytetu Technicznego w Monachium przybliżył nas do poznania odpowiedzi na to pytanie. Okazuje się, że wirus wywołujący COVID-19 jest w stanie skutecznie infekować ludzkie komórki, wykorzystując receptor zwany neuropiliną-1 (NRP-1), który występuje bardzo obficie w wielu tkankach ludzkich, w tym w nabłonku jamy nosowej, naczyniach krwionośnych i neuronach. Dwie niezależne prace opublikowane na łamach „Science” pozwoliły nie tylko poznać pomocniczy mechanizm wnikania SARS-CoV-2 do komórek, ale też wyjaśnić, dlaczego wirus atakuje choćby serce czy mózg.
Kiedy sekwencja genomu SARS-CoV-2 stała się dostępna pod koniec stycznia, badaczy zaskoczyło, że w porównaniu ze swoim starszym krewnym, nowy koronawirus uzyskał dodatkowy element na białkach powierzchniowych, który znajduje się również w otoczce wielu niszczycielskich ludzkich wirusów jak Ebola, HIV czy wysoce patogennych szczepów ptasiej grypy. Wykazano, że proteaza gospodarza rozszczepia glikoproteinę S wirusa na dwa powiązane polipeptydy: S1 i S2. Rozszczepienie powoduje powstanie sekwencji C-końcowej Arg-Arg-Ala-Arg w części S1, która jest zgodna z motywem niezbędnym do połączenia z neuropiliną-1. Blokowanie neuropiliny-1 przez przeciwciała monoklonalne w modelu in vitro, spowodowało gwałtowne zmniejszenie wnikania wirusa do organizmu.
A zatem, NRP-1 stanowi kolejny element na drodze do zrozumienia i powstrzymania ekspansji SARS-CoV-2. Naukowcy określają ją jako swoisty kompas dla wirusa, który naprowadza go na właściwą drogę do „drzwi do organizmu”, do którego „zamkiem” okazuje się być ACE-2. Ostatecznego wniknięcia do komórki patogenu odpowiedzialnego za COVID-19 dokonuje z kolei enzym zwany transbłonową proteazą serynową typu II/ TMPRSS2.
Powyższe przykłady jasno dowodzą, że wieloaspektowe podejście do walki w SARS-CoV-2 potrafi w krótkim – jak na naukowe standardy – czasie doprowadzić do odkryć, które mogą okazać się kluczowe w projektowaniu skutecznej strategii terapeutycznej. Miejmy nadzieję, że to nie koniec doniesień ze świata nano, których wpływ odczują miliony osób na całym świecie.
