Hai-Antikörper mögliches Mittel gegen Corona


Um Viren, eine der ältesten Bedrohungen der Menschheit, zu bekämpfen, untersuchen Forscher Raubtiere mit dem ältesten adaptiven Immunsystem im Tierreich: Haie.

Fossile Beweise deuten darauf hin, dass Haie vor 420 Millionen Jahren zum ersten Mal existierten und vor der Menschheit, dem Mount Everest und sogar Bäumen existierten. Im Laufe der Zeit entwickelten Haie und andere Fische mit Knorpelskeletten das vermutlich älteste adaptive Immunsystem im Tierreich.

Laut einer kürzlich in Nature Communications veröffentlichten Studie könnten diese uralten Raubtiere und ihr prähistorisches Immunsystem auch der Schlüssel zur Entwicklung wirksamer COVID-19-Behandlungen sein.

Die Professoren Aaron LeBeau von der University of Wisconsin und Hideki Aihara von der University of Minnesota nutzten die Advanced Photon Source (APS), eine Benutzereinrichtung des Office of Science des US-Energieministeriums (DOE) am Argonne National Laboratory des DOE, um Ammenhai-Antikörper zu untersuchen. Mit hervorragender Auflösung zeigten die extrem hellen Röntgenstrahlen des APS, dass variable neue Antigenrezeptoren (VNARs), die kleinste Einheit eines Hai-Antikörpers, SARS-CoV-2 stoppen können, das Virus, das COVID-19 und seine Varianten verursacht.

Ein Antikörper, ob Mensch oder Hai, bindet an ein Virusprotein, wenn eine Region von Molekülen, die Aminosäuren des Antikörpers genannt werden, auf eine ähnliche Region auf dem Virusprotein trifft. Beim Menschen neigen diese Aminosäureregionen dazu, nur eine flache Oberfläche an eine andere zu binden, so wie ein Aufkleber an einer Bowlingkugel haften würde. Bei Haien binden die Aminosäuren der VNARs nicht nur an flache Teile eines Zielproteins, sondern auch in tieferen Rillen. Das bedeutet, dass Hai-VNARs, anstatt nur an der Oberfläche der Bowlingkugel zu haften, sich auch fest und flexibel in die Fingerlöcher der Kugel binden könnten. Diese erhöhte molekulare Geschicklichkeit bedeutet, dass Hai-VNARs auf Taschen im SARS-CoV-2-Spike-Protein zugreifen können, die vorhandene menschliche Antikörper nicht haben.

In ihrer Studie haben die Forscher drei Hai-VNARs auf den Prüfstand gegen SARS-CoV-2 gestellt. Sie verwendeten die Beamlines 24-ID-C und 24-ID-E des Northeastern Collaborative Access Team (NE-CAT) am APS, um kristalline Strukturen der Proben zu beobachten.

„Strukturell war es überraschend, dass die beiden VNARs so unterschiedliche Arten der Erkennung des Virus-Spike-Proteins hatten“, sagte Surajit Banerjee von der Cornell University, wissenschaftlicher Mitarbeiter bei NE-CAT und Autor des Papiers. „Die Hai-Antikörper neutralisierten die Proteine ​​auf eine Weise, die wir nicht erwartet hatten.“

Funktionell erwiesen sich die Hai-VNARs jedoch als äußerst stabil, genauso wirksam wie oder besser als aktuelle Behandlungen für COVID-19 und widerstandsfähig gegenüber den sich ändernden Strukturen von Varianten. Dies kann bei der Entwicklung neuer Behandlungen für SARS-CoV-2-Varianten wie Delta und Omicron helfen.

Die VNARs erwiesen sich auch als Therapeutika für andere bekannte Beta-Coronaviren und künftig auftretende Krankheiten als vielversprechend. Sie scheinen in der Lage zu sein, Regionen von Aminosäuren zu identifizieren und an diese zu binden, die bei verschiedenen Coronaviren gleich sind.

Die geringe Größe der VNARs, ihre Widerstandsfähigkeit und ihre kostengünstige Verfügbarkeit sind alles Gründe, warum die Forscher glauben, dass es mehr zu lernen gibt aus der Untersuchung des adaptiven Immunsystems von Haien. Es könnte sogar möglich sein, VNAR-„Cocktails“ zu formulieren, um eine SARS-CoV-2-Infektion bei Personen zu behandeln, die bereits infiziert sind oder ein unmittelbar hohes Infektionsrisiko haben. Eine solche Therapie würde die Impfung nicht ersetzen, aber sie wäre ein nützliches Instrument für schwerkranke Patienten.

„Die kristallographischen Studien bei APS haben es uns ermöglicht, zuverlässige Schlussfolgerungen über die Natur der VNAR-Spike-Wechselwirkungen zu ziehen“, sagte LeBeau. „Das wird den Weg für die nächsten Phasen in der Entwicklung der VNAR-Therapie für COVID-19 ebnen.“

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