Lucrând împreună: o abordare colaborativă de cercetare pentru studiul COVID-19 Understand article
Cum lucrează cercetătorii pentru a studia COVID-19 în timpul pandemiei? Acest interviu de la XFEL European (European X-Ray Free-Electron Laser, Laserul european de raze X cu electroni liberi) ne oferă o incursiune interesantă.
Centre de cercetare din toată lumea mobilizează rapid resurse, reconfigurează programe de cercetare, stabilesc colaborări și canalizează timp și energie în efortul global de a înțelege noul coronavirus, SARS-CoV-2. Deși XFEL European se află într-o stare de operare redusă de câteva luni, oamenii de știință de aici lucrează din greu pentru a porni câteva proiecte de cercetare legate de COVID-19. În prezent, XFEL European participă la trei proiecte, de la cercetare de bază la cercetare aplicată, toate în laboratoare de biologie. Kristina Lorenzen, managerul biolaboratoarelor de la XFEL European, explică cu ce se ocupă.
European XFEL / Axel Heimken
Cum ați început să vă implicați în aceste proiecte?
Încă din prima parte a anului am discutat cu câțiva colaboratori despre cum am putea contribui la eforturile de cercetare legate de corona. Avem niște centre de cercetare extraordinare aici la XFEL European, deci sigur că ar trebui să le folosim.Totuși, primul pas a fost să stabilim un concept pentru protecția tuturor, pentru a putea lucra în laborator și în același timp să respectăm normele de igienă și distanțare. Siguranța angajaților noștri este principala prioritate pentru noi. Apoi am dezvoltat un concept de cercetare în legătură cu COVID-19 și până la urmă am reușit să pornim trei proiecte.
Ne puteți spune mai multe despre aceste proiecte?
Probabil colaborarea cu colegii noștri din campusul DESY este cel mai ușor de înțeles. Proiectul are ca scop identificarea unui medicament antiviral. Împreună cu alți câțiva cercetători, ei se uită la patru proteine diferite – două de la virusul SARS-CoV-2 și două din celule umane. Planul lor este să testeze cum se leagă aceste proteine la o varietate de compuși medicamentoși. Până acum au făcut screening-ul pentru prima proteină și analizează datele. A doua proteină virală pare să nu se comporte la fel de bine ca prima și pare mult mai dificil de produs. Trei grupuri diferite, inclusiv noi, lucrează la diferite tehnici pentru a încerca să producă această proteină în laborator.
Cum a mers screening-ul pentru prima proteină virală?
A fost un efort enorm și foarte impresionant, chiar și fără restricțiile actuale. Au produs multe cristale proteice – în jur de 10 000 de cristale minuscule – și toate au trebuit „pescuite” manual din recipiente folosind mici lasouri, odată ce s-au îmbibat în soluția cu compuși. Colaboratorii noștri au lucrat în ture pentru a pescui cristalele. Asta înseamnă multă muncă! Acestea au fost puse apoi în fasciculele PETRA III de la DESY pentru a obține imagini de difracție de raze X ale structurilor proteice. Nu toate cristalele difractă, așa că au obținut date cam de la 3600 de cristale până la urmă. Cam în 17 din ele au putut vedea că proteina virală s-a legat la un potențial medicament.
Între timp am făcut spectrometrie de masă nativă pe proteina singură și împreună cu cei 17 compuși. Spectrometria de masă este ca un cântar foarte precis, cu care poți măsură masele proteinelor și poți identifica dacă și cât de bine s-a legat ceva de ele. Doi dintre cei 17 compuși s-au legat foarte tare la proteină, alți câțiva s-au legat slab.
DESY / Marta Mayer
Asta înseamnă că acei doi compuși pot fi prelucrați pentru a deveni medicamente antivirale împotriva SARS-CoV-2?
Nu chiar. Sigur că ar fi extraordinar să fie așa și sperăm să găsim ceva, dar un compus identificat nu este automat un medicament util. Toți compușii sunt medicamente aprobate sau măcar în ultima faza de studii clinice. Dar unele au efecte secundare oribile sau poate trebuie administrate în concentrații atât de mari pentru a avea un efect, încât nu ar fi prudent să fie administrate oamenilor. Așa încât câțiva parteneri studiază problema mai departe – spre exemplu colegii de la Institutul Bernard Nocht în Hamburg fac teste în celule pentru a vedea cum afectează aceste medicamente comportamentul virusului și ce concentrații sunt necesare pentru a fi eficiente. Și chiar și compușii care se leagă slab ar putea avea un efect. Spre exemplu, ar putea împiedica proteina să se lege la altceva, adică ar face-o mai puțin reactivă. Încă nu suntem la capăt de drum!
Și celelalte două proiecte în care e implicat XFEL European?
Celelalte două proiecte sunt orientate spre cercetare de bază. Ne uităm împreună cu colegii de la Institutul Heinrich Pette la așa-zise proteine nestructurale ale coronavirusului. Sigur că au o structură, dar nu contribuie la structura particulei virale. Cele care ne interesează sunt implicate în translația codului genetic ARN viral. Se știe că un complex de trei proteine nestructurale translateaza ARNul în proteine, dar credem că organizarea structurală a acestor proteine e diferită de ceea ce s-a publicat până acum în articole științifice. Vrem să exprimăm două din aceste trei proteine folosind enzima (o protează) pe care și virusul o folosește pentru a scinda lanțul de aminoacizi în secțiuni funcționale pentru a asambla aceste proteine. Încercăm să ne asigurăm că set-up-ul experimental pe care îl folosim se aseamănă mediului viral cât se poate de mult, pentru a fi siguri că datele pe care le obținem reflectă ceea ce se întâmplă în virus. Dacă reușim să obținem în curând proteine, probabil vom trimite cristalele la DESY pentru a fi măsurate în încercarea de a rezolva structura acestui complex.
Al treilea proiect este mai de lungă durată, și are ca scop exprimarea proteinelor virale în celule de insecte. Pentru asta lucrăm cu Lars Redecke și grupul lui de la universitatea din Lübeck, cu care am mai lucrat în trecut. Ca și în primul proiect, nu e întotdeauna ușor să produci probe bune ale proteinelor pe care vrem să le studiem, iar celulele de insecte sunt o metodă alternativă interesantă în cazurile în care cristalizarea unei proteine este dificilă.
Mulțumiri
Acest articol a fost adaptat din cel original publicat pe Știri Eu-XFEL.
Resources
- Învață mai multe despre SARS-CoV-2.
- O prezentare generală a enzimelor, funcțiilor lor biologice și structurilor lor..
- Cum a evoluat de-a lungul timpului designul medicamentelor?
- Citește despre cristalografia proteinelor și seminariile pentru profesorioferite de Laboraorul European de invatare pentru stiintele vietii (European Learning Laboratory for the Life Sciences, ELLS) la EMBL.
Institutions
