Fagcapsid mod influenza:Perfekt passende inhibitor forhindrer virusinfektion

En ny tilgang bringer håbet om nye terapeutiske muligheder for at undertrykke sæsoninfluenza og fugleinfluenza. På basis af en tom og derfor ikke-infektiøs skal af en fagvirus, forskere fra Berlin har udviklet et kemisk modificeret fag-capsid, der kvæler influenzavirus.

Perfekt passende bindingssteder forårsager, at influenzavirus omsluttes af fagkapsiderne på en sådan måde, at det praktisk talt er umuligt for dem at inficere lungeceller. Dette fænomen er blevet bevist i prækliniske forsøg med humant lungevæv. Forskere fra Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP), Freie Universität Berlin, Technische Universität Berlin (TU), Humboldt-Universität (HU), Robert Koch Institute (RKI) og Charité-Universitätsmedizin Berlin rapporterer, at resultaterne også bliver brugt til den øjeblikkelige undersøgelse af coronavirus. Resultaterne er nu offentliggjort i Natur nanoteknologi .

Influenzavirus er stadig meget farlige. Verdenssundhedsorganisationen (WHO) anslår, at influenza er ansvarlig for op til 650 000 dødsfald om året på verdensplan. Nuværende antivirale lægemidler er kun delvist effektive, fordi de angriber influenzavirussen, efter at lungeceller er blevet inficeret. Det ville være ønskeligt - og meget mere effektivt - at forhindre infektion i første omgang.

Det er præcis, hvad den nye tilgang fra Berlin lover. Fagkapsiden, udviklet af et tværfagligt team af forskere, omslutter influenzavirus så perfekt, at de ikke længere kan inficere celler. "Prækliniske forsøg viser, at vi er i stand til at uskadeliggøre både sæsonbestemte influenzavirus og fugleinfluenzavirus med vores kemisk modificerede fagskal, " forklarede professor Dr. Christian Hackenberger, Institutleder for kemisk biologi ved Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) og Leibniz Humboldt professor i kemisk biologi ved HU Berlin. "Det er en stor succes, der tilbyder helt nye perspektiver for udviklingen af ​​innovative antivirale lægemidler."

Flere bindinger passer som velcro

Den nye inhibitor gør brug af trivalente receptorer på overfladen af ​​influenzavirus, kaldet hæmagglutininprotein, som binder sig til sukkermolekyler (sialinsyrer) på celleoverfladen af ​​lungevæv. I tilfælde af infektion, vira hænger fast i deres offer – i dette tilfælde, lungeceller - som en krog og løkke. Grundprincippet er, at disse interaktioner opstår på grund af flere bindinger, frem for enkeltobligationer.

Det var overfladestrukturen af ​​influenzavirus, der inspirerede forskerne til at stille følgende indledende spørgsmål for mere end seks år siden:Ville det ikke være muligt at udvikle en inhibitor, der binder til trivalente receptorer med en perfekt pasform? simulerer overfladen af ​​lungevævsceller?

De fandt ud af, at dette faktisk er muligt ved hjælp af en harmløs tarmbeboer:Q-beta-fagen har de ideelle overfladeegenskaber og er fremragende egnet til at udstyre den med ligander - i dette tilfælde, sukkermolekyler - som "lokkemad". En tom fagskal gør jobbet perfekt. "Vores multivalente stilladsmolekyle er ikke smitsomt, og omfatter 180 identiske proteiner, der er fordelt nøjagtigt som de trivalente receptorer af hæmagglutinin på overfladen af ​​virussen, " forklarede Dr. Daniel Lauster, en tidligere ph.d. studerende i Group of Molecular Biophysics (HU) og nu postdoc ved Freie Universität Berlin. "Den har derfor de ideelle startbetingelser til at bedrage influenzavirussen - eller, for at være mere præcis, at fastgøre til den med en perfekt rumlig pasform. Med andre ord, vi bruger en fagvirus til at deaktivere influenzavirus!"

For at gøre det muligt for Q-beta stilladset at opfylde den ønskede funktion, det skal først modificeres kemisk. Fremstillet af E. coli-bakterier ved TU Berlin, Professor Hackenbergers forskningsgruppe ved FMP og HU Berlin bruger syntetisk kemi til at fastgøre sukkermolekyler til virusskallens definerede positioner.

Virus er bedraget og indhyllet

Adskillige undersøgelser, der anvender dyremodeller og cellekulturer, har bevist, at den passende modificerede sfæriske struktur besidder betydelig bindingsstyrke og inhiberende potentiale. Undersøgelsen gjorde det også muligt for Robert Koch Institute at undersøge det antivirale potentiale af fagcapsider mod mange nuværende influenzavirusstammer, og endda mod fugleinfluenzavirus. Dets terapeutiske potentiale er endda blevet bevist på menneskeligt lungevæv, som medforskere fra Medicinsk Afdeling, Afdelingen for Infektiologi og Pneumologi, fra Charité kunne vise:Når væv inficeret med influenzavirus blev behandlet med fag-capside, influenzavirus var praktisk talt ikke længere i stand til at formere sig.

Resultaterne understøttes af strukturelle beviser fra FU-forskere fra Forskningscenteret for Elektronmikroskopi (FZEM):Højopløsnings-kryo-elektronmikroskopi og kryo-elektronmikroskopi viser direkte og rumligt, at inhibitoren fuldstændigt indkapsler virussen. Ud over, matematisk-fysiske modeller blev brugt til at simulere interaktionen mellem influenzavirus og fag-capsidet på computeren. "Vores computerassisterede beregninger viser, at den rationelt designede hæmmer faktisk fæstner sig til hæmagglutinin, og omslutter fuldstændig influenzavirus, " bekræftede Dr. Susanne Liese fra AG Netz fra Freie Universität Berlin. "Det var derfor også muligt at beskrive og forklare den høje bindingsstyrke matematisk."

Terapeutisk potentiale kræver yderligere forskning

Disse resultater skal nu følges op af flere prækliniske undersøgelser. Det vides endnu ikke, for eksempel, om fagkapsidet fremkalder et immunrespons hos pattedyr. Ideelt set, denne reaktion kunne endda øge virkningen af ​​inhibitoren. Imidlertid, det kunne også være tilfældet, at et immunrespons reducerer effektiviteten af ​​fag-capsider i tilfælde af gentagen dosiseksponering, eller at influenzavirus udvikler resistens. Og, selvfølgelig, det er endnu ikke bevist, at hæmmeren også er effektiv hos mennesker.

Ikke desto mindre, alliancen af ​​Berlin-forskere er sikker på, at tilgangen har et stort potentiale. "Vores rationelt udviklede, tredimensionel, multivalent hæmmer peger på en ny retning i udviklingen af ​​strukturelt tilpassbare influenzavirusbindere. Dette er den første bedrift af sin art inden for multivalensforskning, " understregede professor Hackenberger. Kemikeren mener, at denne tilgang, som er biologisk nedbrydeligt, ikke-toksisk og ikke-immunogen i cellekulturundersøgelser, kan i princippet også anvendes på andre vira, og muligvis også til bakterier. Det er tydeligt, at forfatterne betragter anvendelsen af ​​deres tilgang til det nuværende coronavirus som en af ​​deres nye udfordringer. Idéen er at udvikle et lægemiddel, der forhindrer coronavirus i at binde sig til værtsceller i halsen og efterfølgende luftveje, dermed forebygge infektion.