Di Robert Sanders, Relazioni con i media | 12 novembre 2021
Gli scienziati dell’UC Berkeley hanno modellato le interazioni a livello atomico tra la proteina spike SARS-CoV-2 e il recettore umano ACE2, nonché gli anticorpi che prendono di mira la proteina spike e prevengono l’infezione. (Credito:Laboratorio Jason McLellan/Università del Texas ad Austin)
Un supercomputer del National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) ha aiutato i ricercatori dell’Università della California, Berkeley, a visualizzare e studiare come la proteina spike sulla superficie del virus SARS-CoV-2 si attacca a una proteina recettore sulle cellule umane e come vari anticorpi bloccano tale interazione.
Le simulazioni hanno mostrato, in modo piuttosto inaspettato, che la proteina spike della variante Delta altamente infettiva – il ceppo dominante negli Stati Uniti e in gran parte del mondo al momento dello studio – è particolarmente efficace nel legarsi al recettore umano ACE2, che funge da la porta attraverso la quale il virus entra nelle cellule umane.
I ricercatori hanno anche osservato, tuttavia, che gli anticorpi provocati sia dall’infezione da SARS-CoV-2 sia dagli attuali vaccini a base di mRNA, come quelli prodotti da Pfizer, Moderna e BioNTech, neutralizzano la variante Delta proprio come fanno altri vaccini. varianti, incluso il ceppo originale emerso a Wuhan, in Cina, alla fine del 2019.
"Le persone hanno ipotizzato che la variante Delta sia più contagiosa perché la proteina Spike si lega meglio all'ACE2, e questo potrebbe essere vero, ma le nostre simulazioni mostrano che non è tutta la storia", ha detto il leader dello studio Rommie Amaro, professore di UC Berkeley. chimica e di bioingegneria e ricercatore dell'Howard Hughes Medical Institute. “Oltre al modo in cui la proteina Spike lega l’ACE2, bisogna considerare il modo in cui gli anticorpi e altre parti del sistema immunitario reagiscono”.
Il team ha pubblicato i risultati sulla rivista Nature Structural and Molecular Biology. Gli autori corrispondenti sono Amaro e il suo ex studioso post-dottorato, Jose Manuel Flores-Solis, ora ricercatore associato presso l'Università del Texas ad Austin.
Simulazioni eseguite sul supercomputer NERSC Cori del DOE
Per ottenere una visione a livello atomico di come la proteina Spike interagisce con il recettore ACE2 e gli anticorpi, i ricercatori hanno prima simulato le strutture molecolari della proteina Spike, del recettore e di diverse classi di anticorpi. Lo hanno fatto utilizzando le strutture cristalline della proteina spike, del recettore ACE2 e di molti anticorpi, che erano stati determinati da altri ricercatori.
Hanno quindi “immerso” la proteina Spike in un doppio strato lipidico, una membrana grassa come quella che incapsula il virus SARS-CoV-2, e hanno simulato il modo in cui la proteina Spike si muoveva e interagiva con le molecole d’acqua e altre molecole sulla superficie del lipide. doppio strato. Ciò ha permesso loro di determinare le diverse conformazioni che la proteina Spike potrebbe adottare e quanto strettamente la proteina Spike si lega al recettore ACE2.
"La flessibilità della proteina Spike è importante, perché le diverse conformazioni della proteina Spike determinano quali anticorpi possono legarsi ad essa", ha detto Amaro.
I ricercatori hanno eseguito molte simulazioni, esaminando quanto bene le diverse varianti della proteina spike si attaccano al recettore ACE2 umano, come diverse classi di anticorpi si legano alla proteina spike e quanto sono efficaci diverse combinazioni di anticorpi nel legarsi e neutralizzare la proteina spike.
Per eseguire così tante simulazioni, il team ha utilizzato potenti risorse di calcolo presso il NERSC di Berkeley, compreso il supercomputer Cori.
Il ceppo Delta si lega meglio, ma gli anticorpi lo neutralizzano altrettanto bene
Una delle cose più importanti che hanno imparato è che la proteina Spike della variante Delta si lega più strettamente al recettore ACE2 umano rispetto alla proteina Spike del ceppo SARS-CoV-2 originale. Questo è probabilmente uno dei motivi per cui la variante Delta è così contagiosa.
Il team ha inoltre scoperto che la maggior parte delle classi di anticorpi testati erano ugualmente efficaci nel legarsi e nel neutralizzare la variante Delta così come lo erano nel neutralizzare il ceppo originale. Le eccezioni degne di nota erano gli anticorpi che prendono di mira una parte della proteina spike chiamata dominio N-terminale. Questi anticorpi erano meno efficaci nel legarsi alla variante Delta e questo indeboliva la loro capacità di neutralizzarla. Fortunatamente, la maggior parte degli anticorpi nella risposta immunitaria dell’organismo e la maggior parte di quelli indotti dai vaccini COVID-19 prendono di mira altre regioni della proteina spike che non variano molto tra la variante Delta e le varianti precedenti.
"In generale, i nostri risultati supportano l'uso continuato dei vaccini a base di mRNA attualmente autorizzati, anche in presenza della variante Delta, perché stimolano anticorpi che sembrano neutralizzare la variante Delta con una potenza simile a quella di altre varianti", hanno affermato i ricercatori. ha scritto.
Coautori dell'articolo includono Alexander Pak, ex studioso post-dottorato dell'UC Berkeley, ora assistente professore nel dipartimento di medicina molecolare e genetica presso l'Università della Florida del Sud, e Daniel Wrapp, ora assistente professore di biochimica presso l'Università dell'Arizona. Altri coautori sono ricercatori della UC San Francisco e dell'Università del Colorado, Boulder.
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni del National Institutes of Health (R01AI093984-07S1, U54HG007013 e R01AI093984), della California Initiative on Precision Medicine presso l'UC San Francisco e del Dipartimento di Bioingegneria dell'UC Berkeley. L'uso delle risorse computazionali del NERSC è stato supportato dall'Ufficio della Scienza del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti con il contratto n. DE-AC02-05CH11231.
