Region białkowy wirusa SARS-CoV-2 sprzyja jego sezonowości

Przekonaliśmy się już, że wraz z nastaniem sezonu jesienno-zimowego dochodzi do gwałtownego zaostrzenia przebiegu pandemii COVID-19. Obserwowaliśmy to roku temu; tak samo dzieje się teraz. I niekoniecznie sprawcą szybko rosnącej liczby zakażeń są kolejne, lepiej przystosowane warianty wirusa ani nawet wymuszone pogodą częstsze spotykanie się w zamkniętych, niewietrzonych pomieszczeniach. Raczej to, że COVID-19 ma pewne cechy czyniące z niego wirusa sezonowego.

Nowa analiza przeprowadzona przez zespół prof. Gustavo Caetano-Anollés dowiodła, że za sezonową naturę SARS-CoV-2 odpowiada molekularna struktura na jego powierzchni. Odkrycie może pomóc przewidzieć przyszłe mutacje i potencjalnie utorować drogę nowym terapiom lub szczepionkom.

„Jako pierwsi zidentyfikowaliśmy swego rodzaju czujnik wirusowy, który reaguje na zewnętrzne warunki środowiska - wyjaśnia prof. Caetano-Anollés. - Uważamy, że struktura ta powinna stać się kluczowym elementem w procesach przewidywania, łagodzenia i świadomego podejmowania decyzji dotyczących zdrowia publicznego”.

Struktura, o której mowa, osadzona jest w N-końcowej domenie wirusa. Należy do rozległej grupy białek znanych jako lektyny. Wszystkie organizmy wytwarzają lektyny, choć początkowo o ich produkcję podejrzewano wyłącznie rośliny. Lektyny biorą udział w różnych interakcjach pomiędzy komórkami, m.in. rozpoznają węglowodany i wiążą się z nimi oraz kształtują adaptacyjne i wrodzone reakcje immunologiczne. Wiadomo również, że pomagają wirusom i innym drobnoustrojom przyczepiać się do komórek gospodarza. Jednak dopiero niedawno naukowcy odkryli, że niektóre lektyny odgrywają także rolę w wykrywaniu zmian temperatury środowiska.

Stało się to w 2019 roku. Badacze z Chin zauważyli wówczas, że jeden z rodzajów lektyn – galektyna – był zaangażowany w procesy wzajemnego rozpoznawania się przez polipy koralowców i małe glony zwane bruzdnicami. Dostrzegli jednak, że kiedy temperatura wody wykraczała poza wąski zakres termiczny (25-30 stopni Celsjusza), mechanizm rozpoznawania nie działał tak sprawnie jak wcześniej. Była to pierwsza wskazówka, że galektyny wyczuwają temperaturę zewnętrzną. Wyjaśnia to zagadkę blaknięcia koralowców i zaniku raf koralowych w ocieplających się wodach.

Usłyszawszy o tym odkryciu, prof. Caetano-Anollés i jego współpracownicy przeanalizowali dziesiątki tysięcy genomów SARS-CoV-2 i odkryli podobną do galektyny strukturę na białku kolca (spike) wirusa. Naukowcy uważają, że struktury ta wyczuwa warunki zewnętrzne i, gdy nie jest zbyt gorąco lub wilgotno, wywołuje zmianę konformacyjną w białku spike, umożliwiając wirusowemu RNA przedostanie się do komórek gospodarza.

„Wyobraźmy sobie, że kolec to taki mały słoiczek, który na górze ma pokrywkę. Kiedy temperatura jest wysoka, pozostaje ona zamknięta i nie może rozlać swojej zakaźnej zawartości. Ale kiedy pokrywka trafi na komórkę żywiciela w sprzyjających warunkach, czyli dość chłodnych i suchych, słoiczek otwiera się i uwalnia peptyd fuzyjny, który pomaga połączyć błonę wirusa i gospodarza. Pozwala to wirusowi na wniknięcie do komórki i rozpoczęcie namnażania” - opowiada główny autor omawianej publikacji.

Jak dodaje, wirusy zmieniają się nieustannie. I kiedy jakaś konkretna część genomu zaczyna się zmieniać (mutować) szybciej niż dotychczas, jest to znak, że wirus bada nowe i lepsze sposoby na przetrwanie i rozprzestrzenianie się wewnątrz swojego gospodarza. „Innymi słowy, takie szybkie mutacje oznaczają wirusa rzucającego bez opamiętania lepkimi rzutkami do celu, żeby sprawdzić, co się przyklei” - wyjaśnia obrazowo badacz.

Te szybkie i nagromadzone mutacje pojawiają się najczęściej się w regionach odpowiedzialnych za transmisję, zakaźność i ucieczkę immunologiczną, ponieważ to te cechy są najbardziej pomocne dla rozprzestrzeniania wirusa. A ponieważ, jak się okazało, reagowanie na warunki środowiska jest dla SARS-CoV-2 bardzo ważne, to zrozumiałym jest, iż przypominająca galektynę struktura także jest jednym z regionów, które mutują najintensywniej.

„Dowiedliśmy, że galektynopodobna struktura jest częstym celem mutacji, ponieważ pomaga wirusowi uniknąć lub modulować reakcje fizjologiczne gospodarza, aby dalej rozprzestrzeniać się i przeżyć” – mówi Caetano-Anollés.

Śledząc mutacje w regionie białka podobnego do galektyny naukowcom udało się zidentyfikować sezonowy wzorzec SARS-CoV-2, wspólny dla całego świata. Odkryli skumulowane wybuchy mutacji, do których dochodziło przez cały rok 2020 i które często prowadziły do powstania nowych, budzących obawy wariantów. Zdarzenia te miały miejsce w tych częściach globu, w których akurat panowała zima, lub na obszarach położonych na dużych wysokościach, gdzie temperatury są niskie przez cały rok. Latem i na nisko położonych terenach tropikalnych do tak nasilonych mutacji nie dochodziło.

Naukowcy potwierdzili również, że większość sezonowych wybuchów mutacji miała miejsce w regionie N-końcowym białka kolczastego, czyli dokładnie tam, gdzie znajduje się struktura galektynopodobna.

„Śledzenie występowania mutacji w tej strukturze pozwoliło nam zidentyfikować sezonowy wzorzec przebiegu pandemii. Jest on zależny od półkuli, a napędzają go wybuchy mutacji. To właśnie te wybuchy odpowiadają za powstanie wariantu Delta i innych wariantów budzących obawy” - tłumaczy Caetano-Anollés.

Laboratorium, którym zarządza profesor, analizuje obecnie miliony sekwencji wirusowych z całego globu, aby określić, w jaki sposób skład genomowy zmienia zachowanie wirusa. Naukowcy mają nadzieję na znalezienie jeszcze większej ilości molekularnych dowodów na sezonowość SARS-CoV-2.

Artykuł „The seasonal behaviour of COVID-19 and its galectin-like culprit of the viral spike” został opublikowany w czasopiśmie „Methods in Microbiology” (DOI: 10.1016/bs.mim.2021.10.002).

Autorka: Katarzyna Czechowicz

kpa/ agt/ PAP