14.09.2020 - University of Washington

Synthetische antivirale Proteine hemmen SARS-CoV-2 im Labor

Computer-designte Miniproteine wirken als potente, stabile antivirale Medikamente, die die Coronavirus-Infektion kultivierter menschlicher Zellen blockieren

Am Computer entworfene kleine Proteine schützen jetzt nachweislich im Labor gewachsene menschliche Zellen vor SARS-CoV-2, dem Coronavirus, das COVID-19 verursacht.

In den Experimenten konkurrierte der führende antivirale Kandidat mit dem Namen LCB1 in seiner Schutzwirkung mit den bekanntesten SARS-CoV-2 neutralisierenden Antikörpern. LCB1 wird derzeit bei Nagetieren evaluiert.

Coronaviren sind mit so genannten Spike-Proteinen besetzt. Diese heften sich an menschliche Zellen, damit das Virus eindringen und sie infizieren kann. Die Entwicklung von Medikamenten, die in diesen Eindringmechanismus eingreifen, könnte zur Behandlung oder sogar zur Prävention der Infektion führen.

Forscher des Institute for Protein Design an der University of Washington School of Medicine verwendeten Computer, um neue Proteine zu entwickeln, die eng an das SARS-CoV-2-Spike-Protein binden und es daran hindern, Zellen zu infizieren.

Ab Januar wurden mehr als zwei Millionen Kandidaten für Spike-bindende Proteine am Computer entworfen. Anschließend wurden über 118.000 hergestellt und im Labor getestet.

"Obwohl noch umfangreiche klinische Tests erforderlich sind, glauben wir, dass die besten dieser computergenerierten antiviralen Medikamente recht vielversprechend sind", sagte Hauptautorin Longxing Cao, eine Postdoc-Stipendiatin am Institut für Proteindesign.

"Sie scheinen eine SARS-CoV-2-Infektion mindestens ebenso gut zu blockieren wie monoklonale Antikörper, sind aber viel einfacher herzustellen und weitaus stabiler, so dass eine Kühlung möglicherweise überflüssig wird", fügte er hinzu.

Die Forscher schufen antivirale Proteine durch zwei Ansätze. Erstens wurde ein Segment des ACE2-Rezeptors, an den SARS-CoV-2 auf natürliche Weise auf der Oberfläche menschlicher Zellen bindet, in eine Reihe von kleinen Proteingerüsten eingebaut.

Zweitens wurden vollständig synthetische Proteine von Grund auf neu entwickelt. Mit der letztgenannten Methode wurden die wirksamsten antiviralen Medikamente hergestellt, darunter LCB1, das pro Masse etwa sechsmal wirksamer ist als die wirksamsten monoklonalen Antikörper, über die bisher berichtet wurde.

An dieser Arbeit arbeiteten Wissenschaftler der University of Washington School of Medicine in Seattle und der Washington University School of Medicine in St. Louis zusammen.

"Unser Erfolg bei der Entwicklung hochaffiner antiviraler Proteine von Grund auf ist ein weiterer Beweis dafür, dass computergestütztes Proteindesign zur Herstellung vielversprechender Arzneimittelkandidaten verwendet werden kann", sagte der leitende Autor und Howard Hughes Medical Institute Investigator David Baker, Professor für Biochemie an der UW School of Medicine und Leiter des Instituts für Proteindesign. Im Jahr 2019 hielt Baker einen TED-Vortrag darüber, wie Proteindesign eingesetzt werden könnte, um Viren zu stoppen.

Um zu bestätigen, dass sich die neuen antiviralen Proteine wie beabsichtigt an das Spike-Protein des Coronavirus anlagerten, sammelte das Team Momentaufnahmen der beiden Moleküle, die mit Hilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie interagieren. Diese Experimente wurden von Forschern in den Labors von David Veesler, Assistenzprofessor für Biochemie an der UW School of Medicine, und Michael S. Diamond, dem Herbert S. Gasser-Professor in der Abteilung für Infektionskrankheiten an der Washington University School of Medicine in St. Louis, durchgeführt.

"Die hyperstabilen Minibinder bieten vielversprechende Ansatzpunkte für neue SARS-CoV-2-Therapeutika", schrieb das Antivirus-Forschungsteam in ihrem Vorabdruck zur Studie, "und veranschaulichen die Leistungsfähigkeit des rechnergestützten Proteindesigns zur raschen Generierung potenzieller therapeutischer Kandidaten gegen pandemische Bedrohungen".

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
Mehr über University of Washington
  • News

    Neue 'molekulare Computer' finden die richtigen Zellen

    Wissenschaftler haben einen neuen Weg aufgezeigt, wie man Zellen präzise ins Visier nehmen kann, indem man sie von benachbarten Zellen unterscheidet, die recht ähnlich aussehen. Selbst Zellen, die krebsartig werden, können sich von ihren gesunden Nachbarn nur in wenigen subtilen Punkten unt ... mehr

    Neuartiges Immunsystem bei Tiefseeanglerfischen entdeckt

    Tiefseeanglerfische haben eine fast schon absonderliche Fortpflanzungsstrategie. Die viel kleineren Männchen beißen sich an den Weibchen fest. Die beiden Tiere verwachsen so fest miteinander, dass die Gewebe der Tiere miteinander verschmelzen. Das Männchen wird zum samenspendenden Parasiten ... mehr

    Zellen zu Computern mit Protein-Logikgattern machen

    Dieselben grundlegenden Werkzeuge, die das Funktionieren von Computern ermöglichen, werden jetzt auch für die Kontrolle des Lebens auf molekularer Ebene eingesetzt. Die Fortschritte haben Auswirkungen auf zukünftige Medikamente und die synthetische Biologie. Ein Team unter der Leitung der U ... mehr