„Na modelech lze u jednotlivých variant pozorovat rozdíly v mutacích na spike proteinu, což je hrot na povrchu viru hrající klíčovou roli v šíření tohoto vnitrobuněčného cizopasníka,“ uvedl mluvčí univerzity Egon Havrlant.
Strukturní modely spike proteinů variant delta a omikron vytvořil Karel Berka s pomocí serveru SwissModel.
„Jsou jedním z výsledků práce skupiny českých vědců, kteří od loňského jara průběžně sekvenují jednotlivé varianty viru SARS-CoV-2 v české populaci, jež průběžně reportují na serveru COVd. Od léta zde pozorovali pouze jednotlivé podlinie varianty delta, označované jako delta plus,“ popsal mluvčí.
Změny byly vesměs minimální a opakovaly se. Vědci se proto domnívali, že podzimní vlna nákazy variantou delta bude poslední, jelikož se zdálo, že SARS-CoV-2 zřejmě narazil na hranici svých možností.
„Kolega to dokonce zhodnotil tak, že už začíná být vědecky nudný. Avšak den poté se objevila varianta omikron a najednou bylo všechno jinak,“ sdělil autor modelů Karel Berka.
Nakažlivost vychází z mutací na spike proteinu
Když se objevila varianta omikron, vědci ihned zpozorněli. „V celkovém počtu mutací se mezi sebou obě varianty příliš neliší, mají jich přibližně 55. Čím se ale odlišují velmi, to je koncentrace těchto mutací na spike proteinu, pomocí kterého virus proniká do lidské buňky,” nastínil Berka.
Vědec Karel Berka, který působí na katedře fyzikální chemie olomoucké přírodovědecké fakulty.
„Zatímco delta jich tam má zhruba šest, omikron přibližně pětadvacet. Navíc jsou koncentrovány na interakční ploše určené jak pro lidský ACE2 protein, na který se spike protein váže, tak i pro protilátky,“ popsal hlavní rozdíly mezi variantami delta a omikron, které ukázaly modely spike proteinů.
Mutace na spike proteinu omikronu tak už v listopady dávaly tušit jeho výrazně vyšší nakažlivost, a tedy i potenciál rychleji se šířit v lidské populaci.
„Všiml jsem si, že mutace na špičce spike proteinu povedou ke zvýšení pozitivního náboje a že se bude silněji vázat na převážně negativně nabitý lidský ACE2 protein. Zároveň se ale zeslabí vazba spike proteinu varianty omikron na stávající protilátky, což sníží jejich účinnost,“ upozornil vědec.
Obě hypotézy byly následně potvrzeny i experimentálně. „Tyto rozdíly v mutacích na spike proteinech jsou také zřejmě příčinou odlišného klinického obrazu nemoci covid-19 u variant delta a omikron,“ dodal Berka.
„Při porovnávání variant jsem sledoval především vliv mutací na spike protein. Při modelování jsem využil experimentální struktury v otevřeném stavu, ve kterém se vážou na lidský ACE2 protein, který je hlavním cílem obou variant koronavirových nákaz,“ vysvětlil Berka.
Modely pomáhají pochopit biologické děje
Strukturní modely se používají k pochopení biologických dějů už delší dobu. 3D vizualizace totiž vědcům pomáhají mechanicky popsat interakce mezi jednotlivými proteiny.
„Ukazují nám, jaké mechanismy buňky používají,“ řekl Berka.
Například v roce 2012 vědecký tým Karr a kolektiv poprvé matematicky nasimuloval všechny procesy v nejmenší buňce bakterie Mycoplasma genitarium. Výzkum odhalil a potvrdil nové biologické funkce a ukázal, že virtuální buněčná biologie může ulehčit hledání nových biologických objevů.
„K vizualizaci modelu buňky této bakterie využili autoři program Mol*, který jsme společně s kolegy z brněnského výzkumného pracoviště CEITEC a zahraničí pomáhali vyvíjet i my s kolegou Václavem Bazgierem. Program je jako jediný schopen model celé buňky zobrazit v atomárním rozlišení v prohlížeči v reálném čase,“ vyzdvihl olomoucký vědec.
