International Study Shows Laboratory Developed Protein Spikes Consistent With COVID-19 Virus

Afbeeldingen die het SARS-CoV-2-virus weergeven met een nauwkeurige weergave van de eiwitpieken die het gebruikt om zich te hechten aan en cellen in het menselijk lichaam binnen te dringen. Krediet: Universiteit van Southampton

Een nieuwe internationale studie heeft aangetoond dat de belangrijkste eigenschappen van de pieken van het SARS-CoV-2-virus dat COVID-19 veroorzaakt, consistent zijn met die van verschillende in het laboratorium ontwikkelde eiwitpieken, ontworpen om het infectieuze virus na te bootsen.

Een centraal onderdeel bij het ontwerpen van serologische tests en vaccins ter bescherming tegen COVID-19 is de vervaardiging van eiwit-“spikes”. Deze recombinante spikes bootsen de spikes na die uit het oppervlak van het infectieuze virus steken en brengen het immuunsysteem van het lichaam in actie.

In het laboratorium vervaardigde spikes worden ook gebruikt voor serologische testen (ook wel antilichaamtesten genoemd) en als onderzoeksreagentia. De bevindingen laten zien hoe die virale piek die via verschillende methoden in laboratoria over de hele wereld is vervaardigd, sterk op elkaar lijkt en de geruststelling biedt dat de piek robuust kan worden vervaardigd met minimale variaties tussen laboratoria.

De pieken op het SARS-CoV-2-virus zijn bedekt met suikers, bekend als glycanen, die ze gebruiken om zich te vermommen voor het menselijke immuunsysteem. De overvloed van deze glycanen heeft het potentieel om significante discrepanties te creëren tussen onderzoeken die verschillende recombinante spikes gebruiken.

In deze nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Biochemistry, bestudeerde het onderzoeksteam de glycaancoatings op recombinante spikes ontwikkeld in vijf laboratoria over de hele wereld en vergeleek ze met die op de spikes van het infectieuze virus.

“De snelheid waarmee de wetenschappelijke gemeenschap de COVID-19-pandemie aanpakt, heeft grote druk uitgeoefend op laboratoria over de hele wereld om hun bevindingen snel te valideren”, legt Max Crispin, hoogleraar Glycobiologie aan de Universiteit van Southampton, uit, die het onderzoek leidde. “In het afgelopen jaar hebben we vaccins over de hele wereld in een ongekend tempo ontwikkeld en de snelle ontwikkeling en validatie van recombinante eiwitten zijn fundamenteel geweest voor dat succesverhaal”, vervolgde hij.

In april 2020 brachten professor Crispin en zijn team van de Universiteit van Southampton voor het eerst de glycaancoating van de SARS-CoV-2-piek in kaart. In de huidige studie breiden ze hun analyse uit om recombinante spikes te onderzoeken die zijn ontwikkeld in laboratoria van het Amsterdam Universitair Medisch Centrum, de Harvard Medical School, de Universiteit van Oxford en het Zwitserse bedrijf ExcellGene. Van alle verschillende batches spike-eiwit werd aangetoond dat ze de belangrijkste kenmerken van de glycosylering van virionen nabootsen die werden geanalyseerd aan de Tsinghua University, China.

De studie gebruikte ook computationele methoden om de eiwitkenmerken te onderzoeken die enkele van de glycosyleringskenmerken vormden die in alle monsters werden waargenomen. Dr. Peter Bond, Senior Principal Investigator bij het Bioinformatics Institute of the Agency for Science, Technology and Research (A*STAR), Singapore, die het computationele werk leidde, zei: “Onze modellering stelde ons in staat om licht te werpen op hoe het eiwit de structuur van de glycanen en waarom de glycosylering zo consistent was. Deze voorspellende benadering kan ook van potentiële waarde zijn bij de ontwikkeling van therapieën tegen nieuwe varianten of andere opkomende virussen.”

“Het vermogen om met hoge betrouwbaarheid nabootsingen van het SARS-CoV-2-spike-eiwit te produceren in veel verschillende laboratoria, die allemaal de glycan-signaturen van het authentieke virus recapituleren, is van groot voordeel voor het ontwerp van vaccins, het testen van antilichamen en het ontdekken van geneesmiddelen”, concludeerde hij. Professor Crispin.

Referentie: “Site-specifieke sterische controle van SARS-CoV-2 Spike Glycosylation” door Joel D. Allen, Himanshi Chawla, Firdaus Samsudin, Lorena Zuzic, Aishwary Tukaram Shivgan, Yasunori Watanabe, Wan-ting He, Sean Callaghan, Ge Song, Peter Yong, Philip JM Brouwer, Yutong Song, Yongfei Cai, Helen ME Duyvesteyn, Tomas Malinauskas, Joeri Kint, Paco Pino, Maria J. Wurm, Martin Frank, Bing Chen, David I. Stuart, Rogier W. Sanders, Raiees Andrabi, Dennis R. Burton, Sai Li, Peter J. Bond en Max Crispin, 2 juli 2021, Biochemistry.
DOI: 10.1021/acs.biochem.1c00279

Financiering: Bill en Melinda Gates Foundation, de Bright Future Trust, University of Southampton Coronavirus Response Fundamp