rut

Kiedy poznamy lek na COVID-19?

Wywiad z Panią dr inż. Wiolettą Rut z Katedry Chemii Biologicznej i Bioobrazowania na Politechnice Wrocławskiej

 

Pani Doktor, wśród Pani zainteresowań naukowych znajdują się m.in. proteazy. Czy może Pani wyjaśnić krótko naszym Czytelnikom, czym są proteazy wirusowe i jakie jest ich znaczenie?

Proteazy wirusowe są to białka kodowane w genomie wirusa, które są niezbędne w procesie jego replikacji, czyli namnażania się wirusa w ludzkich komórkach. Wirus SARS-CoV-2 koduje dwie takie proteazy – papaino-podobną proteazę Plpro i chymotrypsyno-podobną, główną proteazę Mpro (3CLpro). Proteazy te hydrolizują białka wirusa, które tworzą kompleks replikacyjny inicjujący proces namnażania się wirusa.

 

Wraz z zespołem polskich i zagranicznych naukowców pracowała Pani nad rozszyfrowaniem struktury jednego z enzymów SARS-CoV-2 i poszukiwaniem związków hamujących działanie nowego patogenu. Jest Pani współautorem pracy badawczej opublikowanej w czasopiśmie „Science Advances” poświęconej wirusowej proteazie patogenu SARS-CoV-2, której rola w opracowaniu leku przeciwwirusowego wydaje się być obiecująca. Na czym polegały badania i jakie wyniki Państwo otrzymali?

W pierwszym etapie badań określiliśmy specyficzność substratową proteazy SARS-CoV-2 Plpro, tzn. zidentyfikowaliśmy związki chemiczne – substraty, które są rozpoznawane przez to białko. Następnie porównaliśmy otrzymany profil specyficzności substratowej SARS-CoV-2 Plpro z wynikami otrzymanymi z poprzednich badań nad SARS-CoV Plpro. Nasze badania ujawniły, iż obie proteazy rozpoznają te same substraty, co oznacza, iż informacje uzyskane z wcześniej przeprowadzonych badań nad proteazą ze „starego” wirusa SARS-CoV mogą zostać bezpośrednio wykorzystane w badaniach nad obecnym koronawirusem. W kolejnym etapie naszych badań przekształciliśmy otrzymane substraty w inhibitory, czyli związki hamujące działanie proteaz. Zahamowanie aktywności wirusowych proteaz może doprowadzić do zahamowania procesu namnażania się wirusa w ludzkich komórkach. Otrzymane w dalszych badaniach struktury krystaliczne kompleksu SARS-CoV-2 Plpro z inhibitorami ujawniły mechanizm wiązania się tych związków w miejscu aktywnym proteazy. Informacje te są użyteczne w poszukiwaniach innych związków hamujących działanie tej wirusowej proteazy, a tym samym w identyfikacji potencjalnego leku. Proteaza SARS-CoV-2 Plpro odgrywa nie tylko ważną rolę w procesie replikacji wirusa, ale także blokuje mechanizm obronny organizmu w walce z tym patogenem. Zatem zahamowanie aktywności tego białka mogłoby wspomóc organizm w walce z wirusem.

 

Od czasu wybuchu pandemii COVID-19 trwają prace badawcze poświęcone wirusowi SARS-CoV-2. Dotyczą one m.in. stworzenia bezpiecznej szczepionki czy skutecznych leków w walce z COVID-19. Istnieje wiele substancji, z którymi wiązano duże nadzieje, jednak leku na chorobę wywoływaną nowym patogenem wciąż nie mamy. W jaki sposób badania prowadzone przez Panią Doktor mogą okazać się pomocne przy opracowaniu skutecznej terapii COVID-19? Kiedy, według Pani, poznamy lek na COVID-19?

Wyniki naszych badań stanowią podstawy strukturalne do projektowania inhibitorów proteaz jako potencjalnych leków przeciwwirusowych. Oprócz proteazy Plpro zbadaliśmy także drugą wirusową proteazę SARS-CoV-2 Mpro. W przypadku tego białka badania poszły o krok dalej, a mianowicie syntezowaliśmy marker chemiczny, czyli związek umożliwiający detekcję aktywnego enzymu w układzie biologicznym. Markery chemiczne stanowią użyteczne narzędzie w badaniach biologicznych funkcji proteaz. Za pomocą tego markera chemicznego udało nam się oznaczyć SARS-CoV-2 Mpro w komórkach nosogardła pacjentów chorych na COVID-19. Ponadto, podobnie jak w przypadku Plpro, pokazaliśmy, iż proteazy Mpro obu wirusów (SARS-CoV i SARS-CoV-2) są do siebie podobne – rozpoznają te same substraty. W oparciu o sekwencję peptydową substratów zaprojektowaliśmy inhibitor, czyli związek hamujący aktywność proteaz. Badania wykonane na komórkach zakażonych SARS-CoV-2 pokazały, iż otrzymany inhibitor wykazuje podobną siłę hamowania, jak obecnie stosowany w leczeniu COVID-19 lek przeciwwirusowy – remdesivir. Związki te mają inne mechanizmy działania, lecz wykazują ten sam efekt końcowy – hamowanie namnażania się koronawirusa. Te wstępne wyniki pokazują, iż jedną ze stosowanych strategii terapeutycznych w walce z COVID-19 może być poszukiwanie związków hamujących aktywność wirusowych proteaz.

 

Jakie jest podobieństwo między wirusem SARS-CoV-2 a wirusem SARS-CoV, który był przyczyną epidemii SARS (2002–2003)? Czy znajomość wirusa SARS-CoV przyspieszyła prace nad poznaniem patogenu będącego przyczyną obecnie trwającej pandemii COVID-19?

Nasze badania skupiają się na charakterystyce dwóch kluczowych proteaz koronawirusa – Plpro i Mpro. Otrzymane wyniki jasno pokazują, że proteazy z obu wirusów: „starego” i „nowego” są do siebie bardzo podobne. Zatem wiedza uzyskana z badań nad proteazami SARS-CoV w latach poprzednich może zostać wykorzystana do zrozumienia działania proteaz z obecnego wirusa, co znacznie przyśpieszy prowadzone badania.

 

Praca naukowa często wiąże się z długim czasem oczekiwania – najpierw jest to związane z pisaniem projektu, później z uzyskaniem środków finansowych niezbędnych do prowadzenia badań. Dodatkowo same badania w dziedzinach związanych z naukami medycznymi i biotechnologicznymi wymagają wytężonej, wielogodzinnej pracy każdego dnia, często kilkuosobowego zespołu badawczego. W trakcie pandemii COVID-19 zauważyliśmy, że prace naukowe postępują jednak w bardzo szybkim tempie. Czy i jak zmieniła się praca naukowców od czasu pojawienia się wirusa SARS-CoV-2?

Wybuch pandemii SARS-CoV-2 spowodował, iż wysiłki naukowców na całym świecie koncentrują się przede wszystkim na szybkim opracowaniu metody terapeutycznej skutecznej w walce z wirusem, czy to w postaci szczepionki, czy też leku przeciwwirusowego. Im szybciej zostanie ona opracowana i wdrożona, tym szybciej każdy z nas wróci do normalnego życia sprzed pandemii. Z uwagi na obecną sytuację epidemiologiczną, ciągły wzrost liczby zakażeń i zgonów, presja szybkiego opracowania szczepionki czy też leku jest ogromna. Jednak należy pamiętać, iż aby dany lek mógł zostać wprowadzony na rynek, musi przejść szereg badań potwierdzających bezpieczeństwo jego działania.

 

Dziękuję.

Rozmawiała: Aleksandra Fąferek

 

Dr inż. Wioletta Rut – pracownik naukowy w zespole prof. Marcina Drąga na Politechnice Wrocławskiej w Katedrze Chemii Biologicznej i Bioobrazowania; laureatka stypendium L’Oreal dla Kobiet i Nauki oraz stypendium START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w dziedzinie chemii; uczestniczka wielu konferencji o zasięgu lokalnym i międzynarodowym, w tym International Proteolysis Society Meeting oraz Gordon Research Conference on Proteolytic Enzymes and Their Inhibitors.

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.