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Credit: The University of Bristol
Die Ergebnisse deuten auf eine mögliche antivirale Behandlung durch gezieltes Eingreifen auf den Eintritt des Virus in die Zelle hin.
Bei einem großen Durchbruch hat ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung der Universität Bristol möglicherweise herausgefunden, was SARS-CoV-2 hochinfektiös macht und warum es sich schnell in menschlichen Zellen ausbreiten kann. Die am 20. Oktober in Science veröffentlichten Ergebnisse beschreiben, wie die Fähigkeit des Virus, menschliche Zellen zu infizieren, durch Inhibitoren, welche eine neu entdeckte Interaktion zwischen Virus und Wirt blockieren, verringert werden kann. Dies deutet auf eine mögliche antivirale Behandlung hin.
Im Gegensatz zu anderen Coronaviren, die Erkältungen und leichte Atemwegsbeschwerden verursachen, ist SARS-CoV-2, der Erreger von COVID-19, hochinfektiös und übertragbar. Bisher sind wichtige Fragen offengeblieben, etwa warum SARS-CoV-2 Organe außerhalb des Atmungssystems wie Gehirn und Herz leicht infiziert.
Um Menschen zu infizieren, muss SARS-CoV-2 sich zuerst an der Oberfläche menschlicher Zellen der Atemwege oder des Darmtraktes anhaften. Nach dem Anhängen dringt das Virus in die Zelle ein und macht dann mehrere Kopien von sich. Die replizierten Viren werden dann freigesetzt, was zur Übertragung von SARS-CoV-2 von Mensch zu Mensch führt.
Der Prozess der Anheftung und Invasion des Virus an menschliche Zellen wird von einem viralen Protein durchgeführt, das als "Spike"-Protein bezeichnet wird. Das Verständnis des Prozesses, durch den das Spike"-Protein menschliche Zellen erkennt, ist von zentraler Bedeutung für die Entwicklung antiviraler Therapien und Impfstoffe zur Behandlung von COVID-19.
In dieser bahnbrechenden Studie verwendeten die Forschungsgruppen von Dr. Yohei Yamauchi, Professor und Virologe an der School of Cellular and Molecular Medicine, Professor Peter Cullen von der School of Biochemistry und Dr. Boris Simonetti, ein leitender Forscher im Cullen-Labor, von der Faculty of Life Sciences in Bristol verschiedene Ansätze, um herauszufinden, dass SARS-CoV-2 ein Protein namens Neuropilin-1 auf der Oberfläche menschlicher Zellen erkennt, um die Virusinfektion zu erleichtern .
Yohei, Boris und Pete erklärten: Bei der Betrachtung der Sequenz des SARS-CoV-2-Spike-Proteins fiel uns eine kurze Sequenz von Aminosäuren auf, die eine in menschlichen Proteinen gefundene Proteinsequenz zu imitieren schien. Diese Sequenz kann mit Neuropilin-1 interagieren. Dies führte uns zu einer einfachen Hypothese: Könnte das Spike-Protein von SARS-CoV-2 mit Neuropilin-1 assoziieren, um die Virusinfektion menschlicher Zellen zu unterstützen? Aufregenderweise konnten wir durch Anwendung einer Reihe struktureller und biochemischer Ansätze feststellen, dass das Spike-Protein von SARS-CoV-2 tatsächlich an Neuropilin-1 bindet."
Nachdem wir festgestellt hatten, dass sich das Spike-Protein an Neuropilin-1 bindet, konnten wir zeigen, dass die Wechselwirkung dazu dient, die SARS-CoV-2 Invasion in menschlichen Zellen zu verstärken. Wichtig ist, dass wir durch die Verwendung monoklonaler Antikörper - im Labor hergestellte Proteine, die natürlich vorkommenden Antikörpern ähneln - oder eines selektiven Arzneimittels, das die Wechselwirkung blockiert, die Fähigkeit von SARS-CoV-2, menschliche Zellen zu infizieren, verringern konnten. Dies unterstreicht den potenziellen therapeutischen Wert unserer Entdeckung im Kampf gegen COVID-19. "
Interessanterweise haben Wissenschaftler der Technischen Universität München und der Universität Helsinki in Finnland unabhängig voneinander herausgefunden, dass Neuropilin-1 den Eintritt und die Infektiosität von SARS-CoV-2 erleichtert.
Gemeinsam kamen die Bristol-Forscher zu dem Schluss: Um COVID-19 zu besiegen, werden wir uns auf einen wirksamen Impfstoff und ein Arsenal antiviraler Therapeutika verlassen müssen. Unsere Entdeckung der Bindung des SARS-CoV-2 Spikes an Neuropilin-1 und seiner Bedeutung für die Infektiosität des Virus bietet einen bisher unbekannten Weg für antivirale Therapien zur Eindämmung der aktuellen COVID-19-Pandemie. "
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Die SARS-CoV-2-Arbeit in Bristol wurde von Dr. Andrew Davidson und Dr. David Matthews, Leser für Virologie an der School of Cellular and Molecular Medicine und Bristol UNCOVER, sowie durch wichtige Kooperationen mit Professor Brett Collins von der University of Queensland in Brisbane (Australien), Professor Tambet Teesalu von der Universität Tartu in Estland, Professor Urs Greber von der Universität Zürich in der Schweiz und Dr. Peter Horvath von der Universität Szeged in Ungarn unterstützt.
Die Studie wurde durch Zuschüsse des Europäischen Forschungsrats, des MRC, des Wellcome Trust, des Lister Institute of Preventive Medicine, des Elizabeth Blackwell Instituts und des Schweizerischen Nationalfonds finanziert.
Fachartikel
'Neuropilin-1 is a host factor for SARS-CoV-2 infection' by Daly, Simonetti, Klein et al in Science
https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abd3072
Image 1: SARS-CoV-2 S1 (grün) CendR (Magenta) bindet sich an NRP1 (blau). Bild von Peter und Ryan Allen (Second Bay Studios).
Image 2: Neuropilin-1 (NRP1) ist ein Wirtsfaktor für eine SARS-CoV-2 Infektion. Das Bild zeigt menschliche Zellen, die mit SARS-CoV-2 infiziert sind und virale Proteine exprimieren (grün dargestellt). Die Entfernung von NRP1 aus Zellen oder die Behandlung von Zellen mit einem Arzneimittel oder einem Antikörper gegen NRP1 reduziert die SARS-CoV-2-Infektion. Bild von der Universität Bristol
Image 3: Darstellung der Bindung von SARS-CoV-2 an die menschliche Zelloberfläche über Spike, ACE2 und Neuropilin-1. Bild von Peter und Ryan Allen (Second Bay Studios)
Bahnbrechende Studie zeigt Verstärkung der SARS-CoV-2 Infektiosität durch Neuropilin-1
https://www.youtube.com/watch?v=-Yq75qm6kXw&t=6s
Journal
Science