Wird eine neue Coronavirus-Mutation den Impfstoff beeinflussen?

Die Entstehung einer neuen Variante des Coronavirus hat erneut Interesse an einem Teil des Virus geweckt, der als Spike-Protein (Spike-Protein) bekannt ist.

Die neue Variante weist im Vergleich zu anderen eng verwandten Varianten einige ungewöhnliche Veränderungen des Proteins auf - und dies ist einer der Gründe, warum sie besorgniserregender ist als andere harmlose Veränderungen des Virus, die Wissenschaftler zuvor beobachtet haben. Neue Mutationen können die Biochemie der Spitze verändern und die Übertragung des Virus beeinflussen.

Spike-Protein ist auch das Rückgrat moderner COVID-19-Impfstoffe, die eine Immunantwort dagegen auslösen sollen. Aber was ist Spike-Protein und warum ist es so wichtig?

Zellinvasoren

In der Parasitenwelt können viele Bakterien- oder Pilzpathogene ohne infizierte Wirtszelle alleine überleben. Aber Viren können das nicht. Stattdessen müssen sie in Zellen eindringen, um sich zu replizieren, wo sie die zelleigene biochemische Maschinerie verwenden, um neue Viruspartikel zu erzeugen und sich auf andere Zellen oder Menschen auszubreiten.

Unsere Zellen haben sich entwickelt, um solche Invasionen abzuwehren. Eine der Hauptverteidigungen des Zelllebens vor Eindringlingen ist die äußere Hülle, die aus einer Fettschicht besteht, die alle Enzyme, Proteine ​​und DNA enthält, aus denen die Zelle besteht.

Aufgrund der biochemischen Natur von Fetten ist die äußere Oberfläche negativ geladen und abstoßend. Viren müssen diese Barriere überwinden, um Zugang zur Zelle zu erhalten.

Coronaviren sind wie das Zellleben von einer Fettmembran umgeben, die als Hülle bekannt ist. Um in die Zelle zu gelangen, verwenden umhüllte Viren Proteine ​​(oder Glykoproteine, da diese häufig mit rutschigen Zuckermolekülen beschichtet sind), um ihre eigene Membran mit der Zellmembran zu verbinden und die Zelle zu übernehmen.

Das Spike-Protein von Coronaviren ist ein solches virales Glykoprotein. Die Ebola-Viren haben eins, das Influenzavirus zwei und das Herpes-simplex-Virus fünf.

Eichhörnchen Architektur

Das Spike-Protein besteht aus einer linearen Kette von 1273 Aminosäuren, die sauber zu einer Struktur gefaltet sind, die mit bis zu 23 Zuckermolekülen übersät ist. Spike-Proteine ​​lieben es, zusammenzuhalten, und drei separate Spike-Moleküle verbinden sich zu einer funktionellen „trimeren“ Einheit.

Proteine ​​können in diskrete funktionelle Einheiten unterteilt werden, die als Domänen bekannt sind, die verschiedene biochemische Funktionen des Proteins erfüllen, wie z. B. die Bindung an eine Zielzelle, die Fusion mit einer Membran und das Anhaften der Adhäsion an der Virushülle.

Das SARS-CoV-2-Spike-Protein bleibt auf einem grob kugelförmigen Viruspartikel hängen, das in die Hülle eingebettet ist und in den Weltraum hineinragt, um sich an ahnungslosen Zellen festzuhalten. Es wird geschätzt, dass es ungefähr 26 Dornen-Trimere pro Virus gibt.

Ein Spike-Protein besteht aus verschiedenen Teilen, die unterschiedliche Funktionen haben. © Rohan Bir Singh, CC BY
Eine dieser funktionellen Einheiten bindet an ein Protein auf der Oberfläche unserer Zellen namens ACE2 und löst so das Einfangen des Viruspartikels und letztendlich die Membranfusion aus. Spike ist auch an anderen Prozessen wie Zusammenbau, struktureller Stabilität und Immunevasion beteiligt.

Spike-Protein-Impfstoff

Angesichts der Bedeutung des Spike-Proteins für das Virus zielen viele antivirale Impfstoffe oder Medikamente auf virale Glykoproteine ​​ab.

Aus SARS-CoV-2 weisen Impfstoffe unser Immunsystem an, unsere eigene Version des Spike-Proteins zu erstellen, was kurz nach der Immunisierung geschieht. Die Produktion von Adhäsionen in unseren Zellen löst dann die Produktion von schützenden Antikörpern und T-Zellen aus.

Eines der störendsten Merkmale des SARS-CoV-2-Spike-Proteins ist, wie es sich im Laufe der Zeit bewegt oder verändert, wenn sich das Virus entwickelt. Ein im viralen Genom kodiertes Protein kann mutieren und seine biochemischen Eigenschaften ändern, wenn sich das Virus entwickelt.

Die meisten Mutationen sind nicht vorteilhaft und verhindern entweder, dass das Spike-Protein wirkt, oder beeinträchtigen seine Funktion nicht. Einige können jedoch Änderungen bewirken, die der neuen Version des Virus einen selektiven Vorteil verschaffen und ihn übertragbarer oder ansteckender machen.

Dies kann unter anderem durch Mutation eines Teils des Spike-Proteins geschehen, das verhindert, dass schützende Antikörper daran binden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Dornen für unsere Zellen "klebriger" zu machen.

Aus diesem Grund sind neue Mutationen, die die Funktion von Spikes verändern, von besonderer Bedeutung - sie könnten sich darauf auswirken, wie wir die Ausbreitung von SARS-CoV-2 kontrollieren. Neue Varianten, die beispielsweise in Großbritannien und anderen Ländern gefunden werden, weisen Mutationen in der Adhäsion und in Teilen des Proteins auf, die an der Penetration in menschliche Zellen beteiligt sind.

Die Forscher müssen Experimente durchführen, um festzustellen, ob diese Mutationen das Spike-Protein signifikant verändern und ob die aktuellen Kontrollen weiterhin wirksam sind.