La proteina spike SARS-CoV-2 facilita l'invasione della cellula ospite legandosi con i recettori ACE2 incorporati nella membrana cellulare. Credito:Adams et al.
Con ogni nuova variante SARS-CoV-2 emersa, ne consegue il panico globale per determinarne il livello di minaccia. Ma un gruppo di biologi quantistici, ingegneri e fisici dei virus pensa che abbiamo già gli strumenti per rilevare e fermare più facilmente i coronavirus pericolosi e le loro varianti.
Alla riunione di marzo dell'APS del 2022, gli scienziati discuteranno di come le vibrazioni quantistiche, la mappatura molecolare, la sorveglianza degli hotspot genetici e i nanodiamanti siano pronti a svelare i segreti della proteina spike e dell'RNA di SARS-CoV-2, portando a una migliore diagnosi, valutazione del rischio variante, e trattamento.
Condivideranno i loro risultati in una conferenza stampa giovedì 17 marzo 2022. La conferenza si terrà in loco e sarà trasmessa in streaming tramite Zoom.
Tutti i virus SARS-CoV-2 utilizzano la proteina spike per entrare nelle cellule ospiti, rendendo quella proteina cruciale per lo sviluppo di vaccini e farmaci migliori. Ma un'area della geografia del picco rimane difficile da mappare:la posizione esatta in cui il virus si attacca.
Così Karissa Sanbonmatsu, biologa strutturale del Los Alamos National Laboratory, insieme a Chang-Shung Tung hanno applicato gli ultimi metodi computazionali per scoprire la composizione molecolare della regione.
"Vi presentiamo nuovi modelli della parte della proteina spike che ancora il virus all'ospite che sono coerenti con i dati sperimentali", ha affermato Sanbonmatsu. Durante l'incontro, discuterà di come le simulazioni spiegano le misurazioni di densità confuse trovate negli esperimenti.
Il legame tra la proteina spike e la cellula ospite provoca anche alcune "cattive vibrazioni", ha scoperto un gruppo dell'Università del KwaZulu-Natal.
"Nel caso del SARS-CoV-2, dimostriamo che le vibrazioni della proteina spike possono aumentare la probabilità di un trasferimento di elettroni nei recettori dell'ospite", ha affermato Francesco Petruccione, biologo quantistico che presenterà i risultati.
Il gruppo ha studiato il ruolo che questo tunnel quantistico potrebbe svolgere nell'infezione da SARS-CoV-2 e se i trattamenti potrebbero essere progettati per interrompere le vibrazioni che aiutano il virus a legarsi. Le mutazioni che portano a nuove varianti portano anche a diversi modelli di vibrazione.
"Il risultato più pratico di questa ricerca è l'identificazione di nuove terapie per prevenire l'infezione da SARS-CoV-2", ha affermato Petruccione. "Questo modello di attivazione del recettore può anche offrire un modo per prevedere l'infettività di nuovi ceppi di SARS-CoV-2".
Determinare quali mutazioni della proteina spike porteranno a una maggiore trasmissione del virus mette regolarmente in difficoltà gli epidemiologi, poiché i dati sperimentali diretti richiederebbero l'esposizione deliberata delle persone alle varianti.
Il fisico dell'Università della California Riverside John Barton e i suoi collaboratori hanno deciso di adottare un approccio inaspettato al problema combinando la sorveglianza genomica e gli strumenti della fisica statistica.
"Il nostro metodo è il primo, a nostra conoscenza, in grado di valutare in modo completo gli effetti delle mutazioni SARS-CoV-2 sulla trasmissione virale, compreso il viaggio degli individui infetti, utilizzando i milioni di sequenze virali che sono state raccolte durante la pandemia ", ha detto Barton.
Il team ha trovato punti caldi nel genoma SARS-CoV-2 in cui emergono mutazioni altamente infettive, comprese proteine molto meno studiate del picco. Durante l'incontro, Barton presenterà i dati aggiornati sulla variante Omicron.
"È importante sottolineare che il nostro modello ci consente di rilevare molto rapidamente più varianti trasmissibili del virus quando si presentano:possiamo rilevare una trasmissione significativamente maggiore per le varianti Alpha e Delta quando erano a frequenze solo dell'1% circa in determinate regioni", ha affermato Barton .
Indipendentemente dalla variante, il rilevamento precoce dell'infezione da coronavirus è fondamentale per interrompere la trasmissione e le sovratensioni.
I ricercatori guidati dallo studente laureato del Massachusetts Institute of Technology Changhao Li hanno progettato un sensore quantistico per diagnosticare il COVID-19. Il loro test potrebbe produrre un tasso di falsi negativi estremamente basso che migliora significativamente rispetto ai test PCR standard.
"Proponiamo e stiamo dimostrando sperimentalmente un sensore quantistico ibrido per l'RNA del virus, basato sui difetti di rotazione della vacanza di azoto nei nanodiamanti e nelle nanoparticelle magnetiche", ha affermato Li. Il gruppo ha pubblicato i progetti iniziali in Nano Letters .
Li condividerà nuovi risultati sperimentali preliminari all'incontro. Solo diverse centinaia di copie di SARS-CoV-2 sarebbero sufficienti per eseguire il ping del sensore quantistico, il che significa che meno dell'1% dei test risulterebbe accidentalmente negativo. Il test promette di essere economico, rapido e facile da scalare.
Dal quantistico al computazionale, dal statistico al vibrazionale, la fisica e le sue tecniche consolidate potrebbero non solo accelerare la fine dell'attuale pandemia, ma gettare le basi per una risposta più rapida alla prossima. + Esplora ulteriormente
