© MPI f. Biophysik/ von Bülow, Sikora, Hummer

Het coronavirus Sars-CoV-2 gebruikt eiwitpieken op zijn oppervlak om zich te binden aan specifieke receptoren op het oppervlak van menselijke cellen. Zo kan het virus de cellen infecteren. Deze piekstructuren staan centraal in de ontwikkeling van vaccins, omdat ze een immuunrespons bij de mens opwekken.

Wetenschappers van het Max-Planck-Institut, het Paul-Ehrlich-Institut, het European Molecular Biology Laboratory (EMBL) en de Goethe Universität Frankfurt hebben deze eiwitpiek in hun natuurlijke omgeving geanalyseerd. Daarbij hebben ze verrassende inzichten opgedaan, waaronder een onverwachte flexibiliteit van de eiwitpieken.

Met behulp van state-of-the-art elektronenmicroscopie bij EMBL werden 266 cryotomogrammen van ongeveer 1000 verschillende virussen gegenereerd, die elk gemiddeld 40 pieken op hun oppervlak dragen.

Positief resultaat voor vaccin-ontwikkeling

Dit is een positief resultaat voor de ontwikkeling van een vaccin, zo stellen de onderzoekers. “Onder natuurlijke omstandigheden heeft het bovenste bolvormige of V-vormige deel van de piek een structuur die goed wordt gereproduceerd door recombinante eiwitten. Deze eiwitten worden gebruikt voor de ontwikkeling van een vaccin. De bevindingen over de steel waarmee het bolvormige deel van het spike eiwit aan het virusoppervlak is bevestigd, waren echter nieuw”, zegt Martin Beck, groepsleider bij EMBL en directeur van het Max Planck Instituut voor Biofysica.

Steel van eiwitpiek blijkt flexibel

“We verwachtten dat de stengel vrij stijf zou zijn. Maar onze modellen en ook de beelden laten zien dat het juist uiterst flexibel is”, voegt Gerhard Hummer van het Max Planck Instituut voor Biofysica en de Universiteit van Frankfurt toe. In de beelden stond hij zelden recht op het membraan, maar was hij in diverse richtingen gedraaid. Het team identificeerde vier verschillende domeinen in de stam, die ze de “heup”, “knie”, “enkel” en “voet” noemden. Door moleculaire dynamica simulaties en cryotomografie te combineren, hebben ze aangetoond dat deze domeinen buigbewegingen kunnen uitvoeren.

Ballon aan een touwtje

De gegevens tonen aan dat het bolvormige gedeelte van de eiwitpieken verbonden is met een flexibele stam. “De pieken lijken te bewegen op het oppervlak van de virus als een ballon aan een touwtje.

“Zo is het dus in staat te zoeken naar de receptor voor het koppelen aan de doelcel,” zei Jacomine Krijnse Locker van het Paul Ehrlich Instituut. Uit de analyses is uiteindelijk gebleken dat de stengel is voorzien van vele glycaanketens. Deze glycaanketens zouden de stengel ook kunnen voorzien van een soort beschermende laag koolhydraten, waardoor deze wordt verhuld voor het neutraliseren van antilichamen. Dat is volgens de onderzoekers weer een andere belangrijke bevinding op de weg naar effectieve vaccins en medicijnen.

Word lid!

Op Innovation Origins lees je elke dag het laatste nieuws over de wereld van innovatie. Dat willen we ook zo houden, maar dat kunnen wij niet alleen! Geniet je van onze artikelen en wil je onafhankelijke journalistiek steunen? Word dan lid en lees onze verhalen gegarandeerd reclamevrij.

Over de auteur

Arnoud Cornelissen schrijft al jaren in onder andere diverse Nederlandse dagbladen over wetenschap en techniek.