Что такое s белки шипы
Ученые раскрыли механизм заражения клеток коронавирусом
Группа немецких ученых из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гейдельберге, Института биофизики Макса Планка, Института Пауля Эрлиха и Франкфуртского университета Гете провела исследование частиц коронавируса SARS-CoV-2, вызывающего пневмонию COVID-19. Результаты исследования они опубликовали в журнале Science, его результаты описывает портал Phys.org.
Ученые сконцентрировались на изучении поверхности вируса SARS-CoV-2, на которой расположены «шипы» — выросты, благодаря которым этот тип вирусов получил название «коронавирус». Исследование проводилось с помощью метода криоэлектронной томографии, при котором образцы замораживают до сверхнизких температур, после чего изучают с помощью электронных микроскопов.
В среднем на поверхности частиц SARS-CoV-2 находится до 40 «шипов», следует из исследования. С их помощью вирус прикрепляется к клетке, которую он в дальнейшем заражает. Таким образом, шипы выполняют две основные функции — прикрепление к клеточным рецепторам и в дальнейшем слияние с клеточной мембраной для того, чтобы проникнуть внутрь клетки.
Ранее предполагалось, что шипы соединены с частицами вируса жестким «стеблем», однако ученые установили, что в реальности они гибкие и способны двигаться. Каждый «шип» состоит из трех образований, который исследователи, по аналогии с обычными конечностями, назвали «бедром», «коленом» и «голеностопом». Гибкость «шипов» упрощает им задачу по прикреплению к поверхности клеток организма-хозяина.
«Как будто воздушные шары на веревочках, «шипы» движутся по поверхности вируса и таким образом могут искать место для прикрепления к клетке-цели», — объясняет Жакомин Криньсе-Локер, глава исследовательской группы в Институте Пауля Эрлиха.
Обычно «шипы» коронавируса являются целью для антител зараженного организма, которые, атакуя их, пытаются предотвратить проникновение в клетки. Однако у коронавируса SARS-CoV-2 «шипы» покрыты молекулами гликанов (полисахаридов). Они образуют защитную оболочку, которая скрывает «шипы» от антител.
«Шипы» коронавируса — это особый тип белков. Эти белки используются в качестве составляющей ряда разрабатывающихся вакцин от SARS-CoV-2. Ученые рассчитывают, что исследование их особенностей позволит сделать новый шаг в разработке вакцин.
Ранее ученые из Испании и Бразилии опубликовали исследование, согласно которому люди с отрицательным резус-фактором (Rh–) могут чаще заражаться коронавирусной инфекцией. Исследование показало и значительную корреляцию между заболеваемостью COVID-19 и группами крови, в частности прямую связь со второй положительной группой крови (А+). При этом наблюдалась обратная зависимость с третьей положительной группой крови (В+), то есть чем выше заболеваемость, тем ниже сравниваемый показатель у людей с третьей положительной.
Согласно последним данным ВОЗ, всего в мире выявлено более 21,9 млн случаев заражения новой коронавирусной инфекцией. Умерли 775,5 тыс. человек.
Открытия ученых о коронавирусе, про которые нам «забыли» рассказать — I
Гейнрих Клей. Лаборатория. 1922
Немецкий художник и писатель Раймонд Унгер недавно произвел фурор своей увесистой книгой «О потере свободы. Климатический кризис, миграционная политика, кризис коронавируса». Одна из глав этой книги была посвящена кризису коронавируса. Однако на момент ее издания ученые еще не располагали важными результатами исследований, относящихся к проблеме вакцинации.
ИА Красная Весна приводит перевод статьи Раймонда Унгера под названием «Больной и свободный», опубликованной 11 августа в интернет-журнале Rubikon (главный редактор Йенс Вернике).
Раймонд Унгер — художник и писатель, родился в Гамбурге в 1963 году. В настоящее время проживает в Берлине, пишет картины, очерки и книги, читает лекции и ведет семинары по предметам искусства, психологии и политики. Унгер имеет 20-летний профессиональный медицинский стаж. В начале 1990-х он возглавлял практику натуропатии и психотерапии в Гамбурге и читал лекции по естественной медицине в гамбургском колледже для натуропатов.
Свою статью «Больной и свободный» автор посвятил имеющимся в настоящее время результатам исследований в области вакцинации против коронавируса. В первой части рассматриваются основные побочные эффекты вакцин, во второй — важная роль политики и СМИ, которые по большому счету игнорируют и замалчивают уже имеющиеся открытия ученых.
Унгер пишет, что опубликованные для специалистов в научных изданиях работы о проблемах вакцинации обычно не публикуются для широкого круга читателей в более популярной и понятной для восприятия форме. Автор надеется, что его статья может послужить отправным пунктом и предоставить возможность широкому кругу читателей провести надлежащий анализ рисков, плюсов и минусов вакцинации против SARS-CoV-2.
Шип-белок как токсичный агент
12 мая 2021 года в газете Frankfurter Rundschau появилась статья, в которой цитируются результаты недавних исследований коронавируса международной группы ученых под руководством Джона Ю. Дж. Шай из медицинского факультета Калифорнийского университета. Статья называется «Одного шип-белка достаточно, чтобы вызвать COVID-19 — при этом прежде всего повреждаются кровеносные сосуды».
Утверждается, что COVID-19 не является «заболеванием легких», но может вызвать многочисленные повреждения капиллярной системы кровообращения. Болезнь поражает тромбоциты и нарушает свертываемость крови. А отвечает за этот механизм токсическая часть вируса — это, прежде всего, его «шипы».
«Джон Ю. Дж. Шай из медицинского факультета Калифорнийского университета и его команда провели исследование, чтобы разобраться в механизме, с помощью которого коронавирус действует в организме. Один из наиболее важных выводов: сам шип-белок может нанести клеткам значительный вред. Кроме того, исследователи пришли к заключению, что COVID-19 — это в первую очередь сосудистое, а не респираторное заболевание», — говорится в статье Frankfurter Rundschau.
«В новом исследовании ученые создали «псевдовирус», который был окружен белками-шипами патогена Sars-CoV-2, но не содержал настоящего вируса. В экспериментах на животных воздействие этого «псевдовируса» привело к повреждению легких и артерий. Исследователи пришли к выводу, что одного белка-шипа достаточно, чтобы вызвать болезнь. После инфицирования образцы ткани показали воспаление в клетках эндотелия, выстилающего внутреннюю поверхность легочных артерий.
В лаборатории исследовательская группа продолжила изучение того, как выстилающие артерии здоровые эндотелиальные клетки ведут себя после контакта с шип-белком и обнаружили, что клетки эндотелия тоже были повреждены — в том числе и из-за контакта между шип-белком и рецептором ACE2 (мембранным белком человека — прим. ИА Красная Весна)».
Статья, опубликованная Frankfurter Rundschau, заканчивается неожиданно резко. Читатель остается один на один с вопросом: «Что же значат эти драматические открытия?» Автор, по-видимому, просто не осмелился сделать очевидный вывод: если исследователи из Калифорнийского университета правы, прививки против коронавируса не борются с болезнью, а вызывают ее. Потому что целью вакцинации против коронавируса является генетическое модифицирование клеток организма таким образом, чтобы они синтезировали триллионы токсичных шип-белков.
До сих пор создатели вакцин рассматривали шипы коронавируса как своего рода пассивное «шасси». Вирусу, как лунному модулю, нужны были «ножки», чтобы он мог пристыковаться к клеткам человека. Считалось, что только после того, как вирус успешно состыковался с клеткой-хозяином, начинал работать токсичный механизм самого вируса.
Очевидно, производители вакцин в фармацевтической промышленности предполагали, что шипы вируса без соответствующего вирусного генома в значительной степени безвредны. Поскольку считалось, что после анализа этих белковых структур естественная иммунная защита организма начнет вырабатывать антитела, акцент в вакцинации был полностью сделан на шипах. Изучив «безобидные ноги» вируса, иммунные клетки должны были уже уметь нейтрализовать весь коронавирус в случае инфицирования.
Независимо от того, какая генная инженерия использовалась для производства новых вакцин, будь то «векторная технология», генетически модифицированные вирусы или «технология мРНК», мРНК-модули с липидной оболочкой, сделанной с помощью нанотехнологий:
Все вакцины, одобренные в экстренном порядке, перепрограммируют здоровые клетки тела для производства миллиардов «ножек» SARS-CoV-2. Но теперь исследователи с шоком узнают, что эти шипы и являются главной причиной болезни…
Может ли этот кошмар быть правдой? Может быть команда ученых под руководством Джона Ю-Дж. Шай (John Y-J. Shyy) из Калифорнийского университета ошибается? Может быть есть еще исследования по этой теме? Статистические данные из стран-пионеров массовой вакцинации, таких как Израиль, Мальта, Гибралтар и Англия, уже предоставляют информацию, которая может служить подтверждением описанных выше открытий.
Таким образом, можно прийти к выводу, что если шип-белок является причиной множественной коагуляции (процесса, при котором кровь превращается из жидкости в гель, образуя сгусток — прим. ИА Красная Весна) и сосудистых заболеваний, это должно негативным образом отразиться на популяции, которая почти полностью вакцинирована.
Другими словами, именно «вакцинированные» парадоксальным образом должны больше заражаться, болеть и умирать — подробнее об этом во второй части этой статьи.
Тайна шиповидного белка: коронавирус лишат ключа к организму
Ученые уже подводят некоторые итоги пандемии коронавируса COVID-19, назван наиболее пострадавший от коронавируса город мира. Это итальянский Бергамо. Там с 20 февраля по конец марта смертность увеличилась на 568 процентов. При этом у местных жителей и самый высокий уровень антител, почти у 57 процентов они обнаружены. Правда, российские специалисты утверждают, что важно выяснить, есть ли у человека, перенесшего COVID-19, особый тип антител к шиповидному белку, дающему вирусу ключ к организму.
Среди людей, у которых уже есть антитела к коронавирусу, ученые теперь ищут тех, у кого защита от инфекции максимальна. Это имеет огромное значение для науки и медицины. А возможным это стало благодаря тестам, которые придумали в институте Гамалеи. Массовые анализы на антитела, которые используют для скрининга коллективного иммунитета, достоверно говорят лишь о том, встречался ли организм с вирусом. На устойчивость к инфекции указывают антитела особые. Они вырабатываются к S-белку в короне вируса, за счет которого он проникает в клетки. Если иммунная система умеет блокировать S-белок, патоген просто не может зайти в клетку, а значит точно не вызовет болезнь.
«Наличие этих антител в крови исследуемого пациента говорит о том, что данный человек будет защищен от вируса, если он с ним в последующем встретится», — поясняет директор НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Н. Гамалеи Александр Гинцбург.
Редкие кадры: в мешке ученые искусственно выращивают те самые белки коронавируса. Затем их наносят на планшет. И в каждую лунку добавляют плазму пациентов. Если антитела к белку есть, то реагент изменит цвет.
«Мы взяли этот белок как мишень и при помощи иммунно-ферметного анализа (ИФА) ведем поиск, есть ли у человека в крови такие антитела, которые способны заблокировать проникновение вируса в клетки», — рассказывает заведующий лабораторией иммунно-биотехнологии НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Н. Гамалеи Александр Щебляков.
Новая тест-система уже активно используется в больницах. С ее помощью оценивают плазму доноров, которую потом переливают самым тяжелым пациентам. Выбирают именно ту кровь, которая точно окажет лечебный эффект.
«Мы начали проводить отбор доноров по содержанию этих антител, а потом уже приглашать и на донацию. Только плазма с высоким содержанием антител, как мы считаем, окажет максимальный клинический эффект», — добавляет заведующий отделением клинической, производственной трансфузиологии и гравитационной хирургии крови ГБУЗ «НИИ СП имени Н.В. Склифосовского» Александр Костин.
А еще новые тесты нужны для оценки эффективности вакцины. Если в доклинических испытаниях привитых мышей просто заражали вирусом и наблюдали, то в клинических тестах на добровольцах, первыми из которых стали разработчики, новые тесты станут главным подтверждением того, что вакцина работает.
«У нас есть защитные титры, у разработчиков. Когда мы получим разрешение на испытание вакцины, мы будем использовать свою тест-систему для оценки эффективности этой вакцины для того, как вы уже совершенно верно сказали, чтобы не заражать людей», — подчеркивает директор НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Н. Гамалеи Александр Гинцбург.
Разрешение на клинические испытания вакцины ожидают получить со дня на день. Если они пройдут успешно, то уже к осени разработку можно будет запускать в массовое производство. Остается надеяться, что вторая волна не начнется раньше. Шансы есть.
«Под действием солнечного излучения, которое в том числе содержит и радиацию, вирус мутирует. И большинство мутаций, которые возникают, вирусу на пользу не идут», — говорит Александр Гинцбург.
О чем вы много думали, но боялись узнать #2 — мРНК вакцина, выработка иммунитета, S-белок
как и прежде я постараюсь максимально точно раскрыть тему и ответить на интересующие вопросы;
в первую очередь я пишу о том, что мне наиболее инетересно и что я сам хочу глубже узнать, однако, если у вас есть интересные вопросы, то можете предлагать их мне для следующих частей;
прошу отнестись с пониманием, что я физически не могу отвечать на все вопросы в комментариях в малейших деталях;
я не привожу ссылок на источники (за исключением отдельных), так как все приведенные в моей статье сведения могут быть элементарно проверены;
в комментариях я также стараюсь не приводить ссылки, так как если человек интересуется, то найдет, а если он просто хочет докопаться, то его мои ссылки не устроят.
Начать я бы хотел с разъяснения некоторых основ биологии, которые помогут в понимании как мРНК вакцин, так и аденовирусных векторных вакцин, о которых я рассказывал раньше. Также меня резонно упрекнули в слишком сильном упрощении ДНК-РНК мира, и первой частью своего рассказа я исправляю данную неточность.
В начале 1950-х Фрэнсис Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии, которая и по сей день остается актуальной, но с некоторыми оговорками. Мы не будем вдаваться в частные случаи, которые не соответствуют центральной догме, а перейдем к общему описанию умозаключений Ф. Крика. Итак, в основе всей жизни на земле лежит информационный поток от ДНК к РНК (транскрипция) и от РНК к белку (трансляция) (Рисунок 1a). Частным случаем является обратная транскрипция, при которой информация передается от РНК к ДНК. В эукариотах (к которым относятся животные и растения) обратная транскрипция наблюдается крайне редко и связана прежде всего с ретротранспозонами (генетическое наследие вирусов) и теломеразой (специальный фермент). Зато вирусы используют этот механизм для внедрения своего генетического кода в человеческую ДНК; но это относится никак не к аденовирусам, а к ретровирусам, самым известным представителем которых является ВИЧ. После трансляции белок еще не представлен в своей окончательной форме, а проходит ряд модификаций (одна из которых фолдинг), чтобы принять свою законченную форму. Также, белки часто представлены не отдельной структурой, а составляют целые комплексы со множеством взаимодействующих белков.
Рисунок 2. Разнообразие ДНК и РНК в человеческом организме
мРНК вакцина
А теперь зная о том, как же все-таки появляются белки, давайте посмотрим свежим взглядом на аденовирусные векторные вакцины, где с ДНК вируса считывается сначала РНК, кодирующая шип белок, а потом по шаблону этой РНК создается множество копий S-белка.
Рисунок 3. Действие мРНК вакцины
Липидные наночастицы должны быть стабильны до того момента, пока не проникнут внутрь клетки.
Внутри клетки наоборот они должны эффективно освобождать мРНК.
Липидные наночастицы должны быть устойчивы как к окислительным агентам и действию ферментов (нуклеазы).
мРНК должны быть стабильны при длительном хранении
мРНК должны произвести большое количество S-белка, прежде чем быть уничтожены внутри клетки.
Произведенный S-белок должен эффективно взаимодействовать с иммунной системой, предоставляя иммуной системе для запоминания «правильные» эпитопы (об этом будет дальше).
Выработка иммунитета
Так зачем же нужны две дозы вакцины, если клетки способны запоминать патогены? Особенность иммунной системы в том, что некоторые патогены наша иммунная система запоминает отлично, а вот другие плохо. Для того, чтобы усилить «иммунную память» и необходима вторая доза вакцины через определенный промежуток времени. При повторном попадании такого же или похожего патагена в организм (Рисунок 4.5) происходит активация уже существующих Т-хелперов памяти, Т-киллеров памяти и В-клеток памяти. При этом дополнительное усиление Т-хелперами памяти Т-киллеров и В-клеток. Таким образом, вызывается усиливающий каскад в иммунной системе, который мгновенно рекрутирует иммунную систему на противодействие (именно поэтому часто после второго укола наблюдается повышенная температура, головная боль и т.д.). При этом формируются более устойчивые клетки памяти.
S-белок
Рисунок 6. Взаимодействие антитела и эпитопа S-белка
Так вот коронавирус использует S-белок для связывания с рецептором клетки и проникновения внутрь; без него вирус просто не сможет проникнуть внутрь клетки. И одной из важнейших компонентой этого механизма является RBD-домен, который распознает АСЕ2 рецептор и инициирует процесс проникновения внутрь клетки. Если заблокировать данный домен антителами, которые вырабатывают упомянутые выше плазматические клетки, то вирус перестанет распространяться. Чтобы понять, как работает блокирование S-белка антителами давайте обратимся к Рисунку 6. На нем изображен тримерный S-белок и антитела, которые к нему прикрепились. Нейтрализующие антитела содежат два конца, которыми они могут прикрепляться к патогену и блокировать его. Участок, который находится на патогене и опознается антителами называется эпитоп; участки на концах антитела, которые опознают патоген называются паратопами. Если мы идем в микромир клеток и белков, то очевидные нам явления и обычная житейская логика перестают существовать. Этот мир подчиняется законам, где даже слабые водородные и электростатические силы начинают играть роль. Кстати, а хотите статью, в которой бы рассказывалось об особенностях существования микромира клетки?
В статье Effects of common mutations in the SARS-CoV-2 Spike RBD domain and its ligand the human ACE2 receptor on binding affinity and kinetics было определено, что мутации в RBD-домене N501Y и S477N повышают трансмиссивность вируса, мутации K417N/T в том же домене усиливают способность избегать иммуную систему, а мутация E484K приводит и к тому и к другому. В той же статье была оценена способность вируса заражать клетки. При оценке способности вируса заражать клетки оценивается возможность S-белка взаимодействовать с АСЕ2 рецептором, которая определяется константой диссоциации. Константа диссоциации (Kd) в биохимии это специфическая константа равновесия, которая определяет возможность крупного объекта разделиться (обратимо) на более мелкие объекты. Так вот, для немутировавшего RBD-домена Kd = 74.4 нМ (наномолей), для мутации N501Y Kd = 7.0 нМ, т.е. при такой мутации RBD-домен S-белка в 10.5 раз сильнее связывается с АСЕ2 рецептором. Для бразильского штамма (E484K/N501Y) эта константа составляет 5.1 нМ, т.е. в 14.5 раза сильнее. В то время как мутация K417N увеличивает константу диссоциации до 364 нМ.
Универсальная вакцина
Так все же, мы теперь будем вынуждены вечно колоть себе вакцину от возникающих новых штаммов, когда провалим вакцинацию всего населения Земли? У меня есть надежда, что нет. Еще в 2017 году ученые начали разработку универсальной вакцины от коронавирусов (да-да, не одного а многих), но из-за нехватики финансирования работы шли медленно. И вот глобальная пандемия помогла толкнуть эти разработки но новый уровень. На данный момент прорабатываются многие варианты для борьбы с коронавирусами.
Одной из многообещающих вакцин является вакцина, содержащая S-белки с разными RBD-доменами (как мы помним NTD-домены не подходят на эту роль из-за их мутационной изменчивости) к наиболее опасным/новым штаммам вируса, а также к другим представителям семейства коронавирусов (MERS-CoV и SARS-CoV-1). Полагаю, что развитие компьютерного моделирования взаимодействия между S-белком и АСЕ2 рецептором поможет предугадать и предсказать новые потенциально опасные мутации RBD-домена. И можно будет действовать на опережение. Опять же разные S-белки в вакцине смогут помочь выработать иммунитет к мутациям коронавируса. мРНК вакцины отлично подходят для такого применения из-за их сравнительно нетрудозатрадной перестройке под другую мРНК.
Очень обещающей может быть вакцина с одним универсальным эпитопом или RBD-доменом, которая покроет целое семейство коронавирусов. Разработки в этой области идут и, возможно, через какое-то время свет увидит пан-коронавирусная вакцина, которая защитит не только от SARS-CoV-2, но и от MERS-CoV и SARS-CoV-1.
До сих пор не было создано никакого специфического лечения от коронавирусной инфекции, а все медицинские манипуляции сводились только к поддерживающей терапии. Однако, потенциальным лечением (хоть и дорогим пока что) является лечение нейтрализующими антителами. Да, такими же точно антителами, которые производят наши плазматические клетки. Все отличие заключается в том, что можно заранее создать достаточный объем нейтрализующих антител (которые спроектированы для блокирования S-белка коронавируса) и доставить их в организм для борьбы с коронавирусом, а не ждать пока иммунная система распознает патоген и начнет производить собственные. На данный момент было показано, что применение нейтрализующих антител на ранних стадиях развития заболевания приводит к более легкому течению болезни, в то время как применение антител на поздних стадиях заболевания не принесло сколь бы то ни было статистически значимого улучшения. Нейтрализующие антитела также можно спроектировать для определения заранее заданного RBD-домена.
Это продолжение моего рассказа, в котором я вас знакомлю с вакцинами против коронавируса и их механизмами действия. В ней я погружаюсь глубже в недра молекулярной биологии, чтобы познакомить вас с центральной догмой, а также со структурой S-белка и его взаимодействием с антителами. Ну и напоследок мы немного пофантазируем на тему создания универсальной вакцины.
Спайк-белок коронавируса сам по себе вызвал нарушения свертываемости крови
Lize M. Grobbelaar et al. / medRxiv, 2021
Биологи провели микроскопические исследования образцов крови здоровых людей с добавленным спайковым белком коронавируса и без него, а также пациентов, больных ковидом. Исследователи заметили, что добавление в кровь свободного S-белка вызывало формирование амилоидных сгустков и изменения формы клеток крови. Кроме того, ученые смоделировали ток плазмы в сосудах и экспериментально показали, что у пациентов с ковидом он может быть сильно затруднен. Препринт статьи опубликован на портале medRxiv.
Вызываемую SARS-Cov-2 инфекцию можно охарактеризовать беспрецедентными для других респираторных инфекций патологиями. Среди них – нарушения свертываемости крови (коагулопатии), которые могут приводить либо к кровотечениям, либо тромбозам. Связывание спайкового S-белка с рецепторами в момент проникновения вируса в клетку может вызывать клеточные патологии, но само по себе не может объяснить такую распространенность коагулопатии у пациентов. Однако S-белок путешествует в организме и сам по себе отдельно от вируса, высвобождаясь из инфицированных клеток: его, например, находили в мочеиспускательном канале. Частицы этого белка также могут проникать сквозь гематоэнцефалический барьер.
Ученые из Университета Стелленбоша под руководством Итерезии Преториус (Etheresia Pretorius) изучили способность частиц S-белка взаимодействовать напрямую с тромбоцитами и белком фибриногеном, вызывая в нем изменения и, как следствие, нарушения свертываемости крови. Сначала исследователи при помощи флуоресцентной микроскопии проверили, накапливаются ли аномальные амилоидные комплексы в плазме здоровых людей с добавлением частиц S-белка и без них. В образцы с добавлением одного нанограмма на миллилитр S-белка добавляли тромбин (активатор коагуляции) и делали микрофотографии. В тех образцах, куда попал вирусный белок, формировались более плотные фибриновые сгустки. В образцах цельной крови спайковый белок вируса вызывал гиперактивацию тромбоцитов.
Плазма здоровых людей без добавления спайк-белка (А) и с ним (В). После добавления тромбина в образцах с S-белком формируются более плотные сгустки.