Các nhà nghiên cứu Protein Spike giải thích sự lây lan nhanh hơn của các biến thể COVID-19

Các biến thể virus corona tại Anh, Nam Phi và Brazil lây lan nhanh chóng đang làm dấy lên những lo ngại và câu hỏi về việc liệu vắc xin COVID-19 có bảo vệ chống lại được chúng hay không. Nghiên cứu mới do Tiến sĩ Bing Chen, tại Bệnh viện Nhi Boston, đã phân tích cấu trúc của các protein đột biến virus corona thay đổi với đột biến D614G ra sao - do cả ba biến thể thực hiện- và cho thấy tại sao những biến thể này có thể lây lan nhanh hơn.

Nhóm công bố những phát hiện của mình trên Science.

Nhóm của Chen đã chụp ảnh các gai bằng kính hiển vi điện tử lạnh (cryo-EM), có độ phân giải tới cấp độ nguyên tử. Họ phát hiện ra rằng đột biến D614G (sự thay thế của một "chữ cái" axit amin trong mã di truyền cho protein đột biến) làm cho đột biến này ổn định hơn so với virus SARS-CoV-2 ban đầu. Kết quả là, có sẵn nhiều gai chức năng hơn để liên kết với các thụ thể ACE2 của tế bào của chúng ta, làm cho virrus dễ lây nhiễm hơn.

Ngăn chặn sự thay đổi hình dạng của gai

Trong virus corona ban đầu, các protein đột biến sẽ liên kết với thụ thể ACE2 và sau đó thay đổi hình dạng đáng kể, tự gấp lại. Điều này cho phép virus hợp nhất màng của nó với màng tế bào của chính chúng ta và xâm nhập vào bên trong. Tuy nhiên, như Chen và các đồng nghiệp đã báo cáo vào tháng 7 năm 2020, các gai đôi sẽ sớm thay đổi hình dạng và vỡ ra trước khi virus có thể liên kết với các tế bào. Trong khi điều này làm virus chậm lại, sự thay đổi hình dạng cũng khiến hệ thống miễn dịch của chúng ta khó chứa virus hơn.

Chen nói: “Bởi vì protein đột biến ban đầu sẽ phân ly, nó không đủ tốt để tạo ra phản ứng kháng thể trung hòa mạnh”.

Khi Chen và các đồng nghiệp chụp ảnh protein đột biến, họ phát hiện ra rằng đột biến D614G ổn định sự đột biến bằng cách sớm ngăn chặn  thay đổi hình dạng . Điều thú vị là đột biến cũng làm cho các gai liên kết với thụ thể ACE yếu hơn, nhưng thực tế là các gai ít có khả năng bị phân hủy sớm khiến virus nói chung dễ lây nhiễm hơn.

Mô hình này cho thấy cấu trúc của protein đột biến ở dạng đóng kín, dạng D614 ban đầu (bên trái) và dạng đột biến của nó (G614). Trong protein đột biến, vòng 630 (màu đỏ) ổn định

gai, ngăn không cho nó mở ra sớm và khiến SARS-CoV-2 dễ lây nhiễm hơn.

"Giả sử virus ban đầu có 100 gai", Chen giải thích. "Do hình dạng không ổn định, bạn có thể chỉ có 50% trong số chúng hoạt động. Trong các biến thể G614, bạn có thể có 90% hoạt động, vì vậy, mặc dù chúng không liên kết, nhưng bạn sẽ có nguy cơ lây nhiễm lớn hơn".

Chen đề xuất rằng, vắc xin được thiết kế lại kết hợp mã cho protein đột biến này. Ông nói: Hình dạng gai ổn định hơn nên sản xuất bất kỳ loại vắc xin nào dựa trên hình dạng gai ( như vắc xin Moderna, Pfizer và Johnson & Johnson) có nhiều khả năng tạo ra các kháng thể trung hòa bảo vệ hơn, ông nói. Hướng đến tương lai: Một loại thuốc để ngăn chặn sự xâm nhập của virus corona.

Chen và các đồng nghiệp của ông đang tiếp tục áp dụng sinh học cấu trúc để hiểu rõ hơn cách SARS-CoV-2 liên kết với thụ thể ACE2, với hướng điều trị nhằm ngăn chặn virus xâm nhập vào tế bào của chúng ta.

Nhóm nghiên cứu đã công bố trên tạp chí Nature Structural & Molecular Biology vào tháng 1 rằng một protein ACE2 "mồi nhử" có cấu trúc liên kết với virus mạnh hơn gấp 200 lần so với ACE2 của chính cơ thể. Mồi nhử ức chế mạnh mẽ virus trong quá trình nuôi cấy tế bào, cho thấy nó có thể là một phương pháp để điều trị COVID-19. Chen đang có kế hoạch thúc đẩy nghiên cứu này vào các mô hình động vật.

Tiến sĩ Bing Chen, Bệnh viện Nhi Boston

Bình Minh dịch

Nguồn: Lab Manager- Hoa Kỳ