• 08.03.2020

    von Veröffentlicht: 08.03.2020 08:30
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    Aus gegebenem Interesse sei nun auch der vollständige IPD-Beitrag an dieser Stelle übersetzt, als Ergänzung der Schnellmeldung vom letzten Sonntag.


    Rosettas Rolle im Kampf gegen das Coronavirus

    Wir freuen uns, berichten zu können, dass die molekulare Modellierungssuite von Rosetta vor kurzem eingesetzt wurde, um die Struktur eines wichtigen Coronavirus-Proteins auf atomarer Ebene genau vorherzusagen, Wochen bevor es im Labor gemessen werden konnte. Die aus der Untersuchung dieses viralen Proteins gewonnenen Erkenntnisse werden nun als Leitfaden für die Entwicklung neuer Impfstoffe und antiviraler Medikamente verwendet.

    Am 30. Januar erklärte die Weltgesundheitsorganisation den anhaltenden Ausbruch des Coronavirus (COVID-19, verursacht durch das Virus SARS-CoV-2) zu einem öffentlichen Gesundheitsnotstand von internationaler Bedeutung. Wissenschaftler auf der ganzen Welt kämpfen gegen die Zeit, um mehr über dieses tödliche Virus zu erfahren, das sich bereits in mehr als 30 Länder ausgebreitet hat.

    Wichtig ist, dass die Strukturbiologen schnell Erkenntnisse darüber gewinnen, wie die Proteine, aus denen dieses Virus besteht, aussehen und wie sie funktionieren.

    Insbesondere ein virales Protein - das Spike-Protein - ermöglicht es SARS-CoV-2, seine Membran mit denen auf menschlichen Zellen zu verschmelzen, was zu einer Infektion führt. Forscher an der UT Austin haben diese Woche die Kryo-Elektronenmikroskopie genutzt, um die erste 3D-Karte im atomaren Maßstab des SARS-CoV-2-Spike-Proteins in seinem Vorfusionszustand zu erstellen. Wie andere virale Spike-Proteine soll dieses speerähnliche Molekül zwei unterschiedliche Konformationen annehmen: eine vor der Infektion der Zellen und eine andere, "post-fusion" nach der Infektion. Auch andere Gruppen wenden in ihren Labors ähnliche Techniken an, um noch mehr über dieses äußerst wichtige Protein zu erfahren.

    Coronavirus-Spike-Proteine - wie die Proteine in Ihrem Körper - 'falten' sich zusammen, um zu funktionieren.

    Robetta, unser Online-Proteinstrukturvorhersage-Server auf Rosetta-Basis, der für Akademiker kostenlos zur Verfügung steht, konnte die Ergebnisse dieses Faltungsprozesses genau vorhersagen. Anfang Februar berechnete er 3D-Modelle im atomaren Maßstab des SARS-CoV-2-Spike-Proteins in seinem Vorfindungszustand, die den später im Labor entdeckten Modellen sehr nahe kommen.

    Um diese Modelle herunterzuladen, klicken Sie hier.


    Entwicklung von Therapeutika

    Mit diesem Wissen in der Hand arbeiten die Forscher am Institut für Proteindesign nun daran, neue Proteine zur Neutralisierung des Coronavirus zu schaffen. Im Erfolgsfall würden diese antiviralen Proteine an das SARS-CoV-2-Spike-Protein haften und dadurch verhindern, dass Viruspartikel gesunde Zellen infizieren.

    Diese neuen Medikamentenkandidaten - eine Art von Molekül, die wir als "Mini-Protein-Binder" bezeichnen - versuchen, die Spezifität von Antikörpern mit der hohen Stabilität und Herstellbarkeit kleinmolekularer Medikamente zu kombinieren. Mini-Protein-Binder werden am Computer maßgeschneidert, so dass sie nur an spezifischen Zielen haften, wie z.B. an spezifischen Rillen auf dem SARS-CoV-2-Spike-Protein.

    Im Jahr 2017 berichteten wir erstmals über unsere Hochdurchsatz-Strategie für das Design von Mini-Protein-Bindern. Zusammen mit Kollegen entwarfen und testeten wir über 22.000 Miniproteine, die auf Influenza und Botulinum-Neurotoxin B abzielen, sowie über 6.000 Kontrollsequenzen zur Untersuchung der Beiträge zur Faltung und Bindung und identifizierten 2.618 hochaffine Binder.

    Die de novo entwickelten Mini-Protein-Binder, die in dieser Studie hergestellt wurden, wiesen eine viel größere Stabilität bei erhöhten Temperaturen und eine bessere Neutralisierung in Tiermodellen auf als vergleichbare Antikörper und natürliche Proteinderivate. Wahrscheinlich aufgrund ihrer geringen Größe und sehr hohen Stabilität lösten sie auch nur eine geringe Immunantwort aus. Die besten der gegen die Grippe gerichteten Designs bieten prophylaktischen (vor der Infektion) und therapeutischen (nach der Infektion) Schutz vor einer Influenza-Infektion in Mausmodellen mit einer Potenz, die der von Antikörpern entspricht oder diese übertrifft.

    Unsere Forscher entwerfen jetzt am Computer Zehntausende von Anti-Koronavirus-Miniprotein-Bindern. In den kommenden Wochen hoffen wir, diese Mini-Proteine im Labor herzustellen und ihre Fähigkeit zu messen, an das Spike-Protein zu binden. Danach wären noch viel mehr Labortests erforderlich, um die Sicherheit und Wirksamkeit dieser experimentellen Coronavirus-Medikamente zu bewerten.


    Entwicklung von Coronavirus-Impfstoffen

    Die im King-Labor des Instituts für Proteindesign entwickelte Technologie wird auch eingesetzt, um einen wirksamen Impfstoff gegen SARS-CoV-2 zu entwickeln.

    Unsere Kollegen im Veesler-Labor in der UW-Biochemie und im Impfstoff-Forschungszentrum an den Nationalen Gesundheitsinstituten haben Coronavirus-Spike-Proteine mit der Außenseite von Rosetta-designten Protein-Nanopartikeln verschmolzen, um selbstorganisierende Impfstoffkandidaten zu bilden. Einige davon werden derzeit in Mäusen untersucht. Diese Arbeit baut auf unseren jüngsten Bemühungen auf, Atemwegsimpfstoffe nach dem Design zu entwickeln.

    "Wir arbeiten mit unseren Mitarbeitern an der UW, dem NIH und der Bill & Melinda Gates Foundation zusammen, um einen sicheren und wirksamen Impfstoff nicht nur für SARS-CoV-2, sondern auch für andere Koronaviren zu entwickeln", sagte Neil King, der die Bemühungen des IPD um die Entwicklung von Impfstoffen leitet.

    "Dieser Ausbruch hat gezeigt, dass wir jede verfügbare Unterstützung brauchen und alle zusammen im Kampf gegen die Infektionskrankheit stehen. Die gute Nachricht ist, dass die Gemeinschaft in den letzten Jahren robuste Methoden für das Antigendesign und die Darstellung entwickelt hat, die eine schnelle Generierung von Impfstoffkandidaten ermöglichen, die wahrscheinlich hoch immunogen sind.

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