Neue Einblicke in SARS-CoV-2
Wie sich SARS-CoV-2 immer wieder neu anpasste
Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der BOKU University hat entschlüsselt, wie unterschiedliche Varianten des Coronavirus an menschliche Zellen andocken. Die Studie zeigt: Delta und Omikron entwickelten verschiedene Strategien für dasselbe Ziel.
Eine entscheidende Rolle für die Anpassungsfähigkeit von SARS-CoV-2 spielt das Spike-Protein, mit dem das Virus an menschliche Zellen bindet. Im Laufe seiner Evolution veränderte es nicht nur Form und Beweglichkeit, sondern auch die Art des Andockens. Das zeigt eine Kooperationsstudie des Instituts für Molekulare Biotechnologie der BOKU University unter der Leitung von Miriam Klausberger mit dem Institut für Biophysik der Johannes Kepler Universität Linz unter der Leitung von Peter Hinterdorfer.
Balance zwischen Beweglichkeit und Schutz
Die drei beweglichen Spitzen des Spike-Proteins können sich öffnen, um den ACE2-Rezeptor zu erreichen – das wichtigste Eintrittstor des Virus in menschliche Zellen. Ein offenes, flexibles Spike kann rasch andocken und mehrere ACE2-Moleküle gleichzeitig kontaktieren. Eine kompakte, steife Struktur schützt hingegen besser vor Antikörpern. Im Laufe der Evolution verschob sich diese Balance: Während frühe Varianten besonders bewegliche Spike-Proteine besaßen, wurden diese später zunehmend steifer und kompakter.
Delta und Omikron: verschiedene Wege, gleiches Ziel
Delta war besonders gut für Mehrfachbindungen geeignet: Das Spike-Protein konnte ACE2 häufig an zwei oder drei Stellen gleichzeitig kontaktieren. Omikron entwickelte eine andere Strategie. Sein besonders kompaktes Spike benötigte länger zum Andocken und bildete meist nur eine einzelne, dafür aber besonders feste und stabile Bindung. „Indem wir einzelne Spike-Proteine bei ihren Bewegungen beobachtet und einzelne Bindungsereignisse gemessen haben, konnten wir zeigen, dass Delta und Omikron unterschiedliche Lösungen für dieselbe Aufgabe entwickelten, um eine ausreichend starke Verbindung zum menschlichen ACE2-Rezeptor herzustellen“, erklärt Miriam Klausberger.
Virale Bewegungen in Echtzeit
Das Forschungsteam verglich das Spike-Protein des ursprünglichen Wuhan-1-Virus mit jenem von Alpha, Beta, Gamma, Delta sowie den Omikron-Unterlinien BA.1, BA.2, BA.5, XBB.1.5 und JN.1. Mithilfe der Hochgeschwindigkeits-Rasterkraftmikroskopie beobachteten die Forschenden die Bewegungen der Proteine im Nanometerbereich in Echtzeit. Mit Einzelmolekül-Kraftspektroskopie untersuchten sie zudem, wie schnell und wie stark die Spikes an ACE2-Rezeptoren auf lebenden Zelloberflächen banden.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Beweglichkeit des Spike-Proteins allein nicht über den Erfolg einer Virusvariante entscheidet. Auch Kontaktzeit, chemische Passgenauigkeit, Immunflucht und Eintrittsweg in die Zelle spielen eine Rolle. Die Erkenntnisse könnten helfen, neue Varianten besser zu bewerten sowie Impfstoffe und antivirale Strategien weiterzuentwickeln.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht: http://doi.org/10.1002/advs.77290