Dr Danuta Witkowska z Instytutu Nauk o Zdrowiu otrzymała grant w wysokości 703 000 zł na realizację projektu zatytułowanego Termodynamika oddziaływań betakoronawirusów z receptorami komórek ludzkich. Dofinansowanie odbędzie się w ramach konkursu OPUS 19 koordynowanego przez Narodowe Centrum Nauki (NCN).
W ramach projektu zbadana zostanie interakcja jaka zachodzi pomiędzy białkami wirusów SARS oraz SARS-CoV-2 o nazwie spike (S) a receptorem komórkowym ACE 2 u ludzi. To oddziaływanie umożliwia bowiem wniknięcie wirusa do organizmu, a co za tym idzie – jego zakażenie. Podobna zależność zostanie przebadana także w przypadku zwierząt domowych, aby jak najdokładniej zrozumieć powyższą interakcję oraz sposób, w jaki ona zachodzi, co docelowo pozwoli na opracowanie skutecznych narzędzi walki z chorobą, jaką jest COVID-19. Dotychczasowe badania potwierdzają, iż choć wirus SARS-CoV-2, odpowiedzialny za wybuch epidemii, wykazuje mniejszą śmiertelność niż wirusy SARS oraz MERS, jest jednak znacznie bardziej zaraźliwy. Zaproponowane badania pomogą zrozumieć przyczynę tego procesu.
Białko S, będące jednym z 4 białek strukturalnych zarówno wirusa SARS, jak i SARS-CoV-2, jest tym, które odpowiada za wnikanie wirusa do komórek człowieka. Dzieje się tak ze względu na fakt, iż białko S znajduje się na powierzchni patogenu i bierze udział w bezpośredniej interakcji z atakowanymi komórkami. Analiza procesu jaki zachodzi w momencie przeniknięcia wirusa do organizmu pozwoli na zidentyfikowanie natury samego patogenu oraz sposobu w jaki białko wiąże się z receptorem komórkowym ACE2 u ludzi oraz zwierząt.
W celu realizacji działań projektowych wykorzystane zostaną nowoczesne metody, jak i sprzęt badawczy najwyższej jakości. Głównym celem projektu jest uzyskanie wiarygodnych danych dotyczących powinowactwa wiązania, stechiometrii, entalpii i entropii interakcji białka SARS-CoV-2 spike (S1) i domeny wiążącej receptor (RBD) obecnej w tym białku, z białkiem receptora komórki ludzkiej (ACE2). Analiza termodynamiczna białka SARS-CoV S1 i jego interakcji RBD z ludzkim receptorem komórkowym (hACE2) posłuży jako modelowe badanie dla osiągnięcia obranego celu. Oddziaływania białko-białko będą mierzone za pomocą nowoczesnego sprzętu Malvern MicroCal PEAQ-ITC. Spektrofotometr Nano-Drop One zostanie użyty do sprawdzenia stężenia białka. Technika ITC zostanie wykorzystana do określenia stałych wiązania i parametrów termodynamicznych tych oddziaływań. Dane będą przetwarzane przez oprogramowanie MicroCal PEAQ-ITC i Microcal Origin. Zmiany konformacyjne po związaniu S1 i domeny RBD przez receptor ACE2 zostaną zbadane przy użyciu dichroizmu kołowego (CD).
Wyniki uzyskane w pierwszych częściach projektu zintegrowane zostaną z aktualnymi danymi biochemicznymi dotyczącymi immunogenności SARS-CoV-2 S1. Chociaż wielu naukowców pracuje już nad wirusami SARS, są to głównie badania biochemiczne, obliczeniowe lub strukturalne (rentgenowskie lub krio- EM). Istnieje wiele rozbieżności między nimi i wciąż wiele pytań, na które należy odpowiedzieć. Proponowany projekt dostarczy solidnych, wiarygodnych i wysokiej jakości danych na temat wiązania białka S1 z receptorami człowieka i zwierząt domowych, a to samo rzuci światło na tajemnicę wyższej zakaźności SARS-CoV-2 w porównaniu z poprzednim wirusem SARS. Badania nad interakcją SARS-CoV-2 z receptorem zwierzęcym podnoszą nowatorstwo projektu. Zapewni to pełny profil termodynamiczny interakcji molekularnych oraz dane dotyczące zmian strukturalnych, co zaowocuje publikacjami o wysokiej randze. Ponadto badania takie będą podstawą przyszłych badań nad opracowywaniem ukierunkowanych leków przeciwwirusowych i szczepionek przeciwko wirusom SARS.
Przewidziany czas trwania projektu wyniesie 3 lata. Dr Danucie Witkowskiej serdecznie gratulujemy przyznania grantu i życzymy owocnej pracy oraz dalszych sukcesów.