Šta se dešava kada virus morbila sretne ljudsku ćeliju? Virusna mašinerija se razvija na pravi način da otkrije ključne delove koji joj omogućavaju da se stopi u membranu ćelije domaćina.
Kada je proces fuzije završen, ćelija domaćin je nestala. Sada pripada virusu.
Naučnici Centra za inovacije vakcina Instituta za imunologiju La Jolla (LjI) rade na razvoju novih vakcina i terapeutika protiv malih boginja koji zaustavljaju ovaj proces fuzije. Istraživači su nedavno iskoristili tehniku snimanja koja se zove krio-elektronska mikroskopija da pokažu – sa neviđenim detaljima – kako moćno antitelo može da neutrališe virus pre nego što završi proces fuzije.
Studija „Neutralizirajuće antitelo sprečava tranziciju fuzionog proteina virusa morbila nakon fuzije“, objavljena je u časopisu Nauka.
„Ono što je uzbudljivo u ovoj studiji je to što smo snimili snimke procesa fuzije u akciji“, objašnjava profesorka, predsednica i izvršna direktorka LjI dr Erica Ollmann Saphire, koja je zajedno sa Matteom Porottom, dr., profesor virusne molekularne patogeneze (u pedijatriji) na Univerzitetu Kolumbija.
„Serija slika je poput preokrenute knjige u kojoj vidimo snimke na putu razvoja fuzionog proteina, ali onda vidimo kako ga antitelo zaključava zajedno pre nego što može da završi poslednju fazu u procesu fuzije. Mislimo da druga antitela protiv drugih virusi će učiniti istu stvar, ali ranije nisu bili ovako predstavljeni.“
Zaista, ovaj rad bi se mogao pokazati važnim i pored malih boginja. Virus morbila je samo jedan član veće porodice paramiksovirusa, koja takođe uključuje smrtonosni virus Nipah. Nipah virus je poznat po tome što je manje zarazan, ali uzrokuje mnogo veću stopu smrtnosti od morbila.
„Ono što saznajemo o procesu fuzije može biti medicinski relevantno za Nipah, viruse parainfluence i Hendra virus“, kaže prvi autor studije i postdoktorski istraživač LjI David Zila, dr. „Sve su to virusi sa pandemijskim potencijalom.
Morbile su veoma zarazna bolest koja se prenosi vazduhom koja najteže pogađa decu. Uprkos opsežnim naporima na vakcinaciji, virus i dalje predstavlja veliku pretnju po zdravlje.
Prema podacima Svetske zdravstvene organizacije i američkih centara za kontrolu bolesti, morbile su izazvale oko 136.000 smrtnih slučajeva širom sveta u 2022. godini, sa nedavnim epidemijama u više od deset američkih država. Žrtve su uglavnom bila deca mlađa od pet godina koja su bila nevakcinisana ili nedovoljno vakcinisana.
„Boginje izaziva više smrtnih slučajeva u detinjstvu nego bilo koja druga bolest koja se može sprečiti vakcinom, a takođe je i jedan od najzaraznijih poznatih virusa“, kaže Safir.
Nisu samo mala deca u opasnosti, objašnjava Zila. „Trenutna vakcina dobro funkcioniše, ali je ne mogu uzimati trudnice ili osobe sa kompromitovanim imunološkim sistemom“, kaže Zila.
Ne postoji specifičan tretman za morbile, tako da istraživači traže antitela koja će se koristiti kao hitan tretman za sprečavanje teške bolesti.
Da bi bolje razumeo kako se virus malih boginja spaja sa ćelijama, tim LjI se okrenuo antitelu zvanom mAb 77. Istraživači su otkrili da mAb 77 cilja na fuzioni glikoprotein morbila, deo virusne mašinerije koju boginje koristi da uđe u ljudske ćelije putem specijalizovanog procesa tzv. fuziju.
Da li mAb 77 može da deluje kao terapeutsko antitelo protiv malih boginja? Da bi saznali, naučnici iz LjI-a su istražili tačno kako se antitelo bori protiv virusa.
Membranska fuzija, prekinuta
Tim LjI-a je morao da napravi verziju fuzionog glikoproteina malih boginja – bezopasnog fragmenta virusa – dovoljno stabilnog da se slika krio-elektronskim mikroskopom. Da bi to uradila, Zila je blisko sarađivala sa naučnicima u Porottoovoj laboratoriji na Univerzitetu Kolumbija.
Porottova grupa je otkrila neke čudne mutacije u varijanti morbila koje su napadale centralni nervni sistem ljudi. Ova mutirana varijanta imala je neke slabe tačke u strukturi fuzionog glikoproteina. Da bi kompenzovao, virus je razvio posebne stabilizacijske mutacije. „Virus mora da mutira da bi ušao u mozak, ali su mu tada potrebne te stabilizacijske mutacije da bi kompenzovao“, kaže Porotto.
Zahvaljujući ovim otkrićima u Kolumbiji, Zila je imala zgodan plan za projektovanje fuzionog glikoproteina sa ovim istim stabilizujućim mutacijama. Ovaj novi fuzioni glikoprotein mogao je da se masovno proizvodi u ćelijskoj kulturi, i bio je dovoljno čvrst za strukturna istraživanja.
„Dobili smo izuzetno dobre prinose za glikoprotein, što nam je takođe omogućilo da uradimo strukturnu biologiju i biohemijske i biofizičke studije“, kaže Zila.
Zatim su istraživači počeli da snimaju slike uz pomoć LjI krioelektronske mikroskopije. Nove slike su pokazale fuzioni glikoprotein zajedno „u kompleksu“ sa mAb 77.
Istraživači su otkrili da mAb 77 zaustavlja virus usred procesa fuzije – kada je fuzioni glikoprotein već delimično „savijanje“ u pravu konformaciju da bi se završila fuzija membrane. Konačno, istraživači su mogli da vide tačno kako mAb 77 spaja delove fuzionog glikoproteina da bi sprečio virusnu infekciju.
„Bilo je zapanjujuće videti kako zapravo izgleda ovaj srednji korak u procesu fuzije“, kaže Zila.
Sada kada znaju kako mAb 77 funkcioniše, istraživači se nadaju da bi se antitelo moglo koristiti kao deo koktela za lečenje za zaštitu ljudi od morbila ili za lečenje ljudi sa aktivnom infekcijom morbila.
U naknadnom eksperimentu, istraživači su pokazali da mAb 77 pruža značajnu zaštitu od morbila na modelima infekcije virusom malih boginja. Pamučni pacovi prethodno tretirani mAb 77 pre izlaganja virusu malih boginja nisu pokazali nikakvu infekciju ili smanjene znake infekcije u njihovom plućnom tkivu.
Ubuduće, Saphire i Zila su zainteresovane za proučavanje različitih antitela protiv malih boginja. „Želeli bismo da zaustavimo fuziju u različitim tačkama procesa i istražimo druge terapeutske mogućnosti“, kaže Zila.
Zila takođe planira da nastavi blisku saradnju sa istraživačima morbila na Univerzitetu Kolumbija. „Kombinacija stručnosti o strukturnoj biologiji iz LjI-a i ekspertize ćelijske biologije i virologije iz Kolumbije bila je ključna za guranje ovog projekta napred“, kaže Zila.
