A 2020. június 18-án az ELKH által már közzétett úttörő felfedezés kiemelkedő jelentőségét bizonyítja, hogy 2020. október 20-án tudományos cikk jelent meg róla a Science-ben, a világ vezető tudományos kiadványában.

Az ELKH Szegedi Biológiai Kutatóközpont (ELKH SZBK) Biokémiai Intézetének mesterséges intelligencia kutatóit is tagjai között tudó nemzetközi kutatócsoport a Bristoli Egyetem vezetésével áttörést ért el annak a megértésében, hogy mitől válik a SARS-CoV-2 ennyire fertőzőképessé, és terjed ilyen gyorsan az emberi sejtekben. A napokban a Science-ben közölt legújabb eredményeik egy olyan potenciális vírusellenes terápiát vázolnak fel, amely a vírus és a gazda között újonnan azonosított kölcsönhatást gátló szerek alkalmazásával csökkenti a vírus fertőzőképességét. Más koronavírusoktól eltérően – amelyek egyszerű megfázást és enyhe légzőrendszeri tüneteket okoznak – a SARS-CoV-2 (ami a COVID-19 kórokozója) magas fertőzőképességgel rendelkezik, és gyors terjedésre képes. Napjainkig számos kérdés maradt megválaszolatlanul, ezek közé tartozik az is, hogy miért fertőz meg a SARS-CoV-2 olyan könnyen más, légzőrendszeren kívüli szerveket is, mint például az agyat vagy a szívet.

A fertőzés első lépéseként a SARS-CoV-2 megtapad a légzőrendszer vagy a bélcsatorna felszíni sejtjein. A sejtbe kerülve sokszorozódik, majd onnan kiszabadulva tovább terjed a többi sejtre. A vírus emberi sejtekhez való tapadása és bejutása egy virális fehérjén keresztül valósul meg, amelyet „tüskefehérjének” neveznek. Annak a megértése, hogy hogyan képes ez a tüskefehérje felismerni az emberi sejteket, központi kérdés a COVID-19 kezelésére irányuló vírus elleni terápia és oltóanyag fejlesztése szempontjából.

Ebben az áttörést hozó kutatásban a Bristoli Egyetem Élettudományi karának több kutatócsoportja, Pete Cullen, a School of Biochemistry professzora, Dr. Yohei Yamauchi, a School of Cellular and Molecular Medicine docense és virológusa, valamint Pete Cullen csoportjának vezető kutatója, Dr. Boris Simonetti többféle megközelítést alkalmazva jutott el arra a felfedezésre, hogy a SARS-CoV-2 fertőzőképessége az emberi sejtek felszínén megtalálható, úgynevezett neuropilin-1 fehérje felismerésén keresztül válik hatékonyabbá.

Yohei, Boris és Pete kifejtette, hogy a SARS-CoV-2 tüskefehérje szekvenciájának vizsgálata közben figyeltek fel egy kicsi aminosav-szekvenciára, ami látszólag leutánoz egy olyan, az emberi fehérjékben található szekvenciát, amely kölcsönhatásba lép a neuropilin-1-gyel. Ez felvetette annak a lehetőségét, hogy vajon képes-e a SARS-CoV-2 a tüskefehérjéjén keresztül kötődni a neuropilin-1-hez, elősegítve ezzel a humán sejtek fertőződését. Egy sor szerkezeti és biokémiai megközelítést alkalmazva sikerült igazolni a hipotézis helyességét, azaz a SARS-CoV-2 tüskefehérjéje valóban kötődik a neuropilin-1-hez.

Ezt követően a kutatók sejtkultúrában növesztett humán sejteket használva igazolták, hogy ez a kapcsolódás segíti a vírus sejtbe jutását. Továbbá monoklonális antitesteket – laboratóriumban előállított, természetben előforduló antitestekre hasonlító fehérjéket – vagy szelektív, a kölcsönhatást gátló gyógyszereket alkalmazva képesek voltak csökkenteni a SARS-CoV-2 fertőzőképességét. Az eredmények rávilágítanak ennek a felfedezésnek a potenciális terápiás értékére a COVID-19 elleni harcban.

1. ábra SARS-CoV-2 fertőzött és nem fertőzött sejtek sejtmagjának detektálása nucleAIzer algoritmus segítségével

A neuropilin-1-hez kapcsolódó vizsgálatokban magyar kutatók is részt vettek. Horváth Péter és Hollandi Réka – mindketten az ELKH SZBK Biokémiai Intézetének munkatársai – a sejtmagok detektálását végezte egy általuk kifejlesztett, mélytanuláson alapuló algoritmus, az úgynevezett NucleAIzer segítségével. A SARS-CoV-2-fertőzött sejtek az egészséges sejtektől eltérően több sejtmaggal rendelkeznek. Horváth Péterék mesterséges intelligencián alapuló rendszere nemcsak észlelte ezt a fenotípusos különbséget, hanem mennyiségileg is elemezte. Ezt a merőben új módszert a közelmúltban publikálták egy neves folyóiratban, a Cell Systems-ben.

Meglepő módon a németországi Müncheni Műszaki Egyetem és a finn Helsinki Egyetem kutatói egymástól függetlenül jöttek rá arra, hogy a neuropilin-1 elősegíti a SARS-CoV-2 bekerülését a sejtekbe és a fertőzés terjedését.

Az eredmények segítik a hatékonyabb vakcinák és antivirális terápiák kidolgozását. A kutatócsoport mostani felfedezése a SARS-CoV-2 tüskefehérje neuropilin-1-hez való kötődéséről, valamint ennek a vírusfertőzésben játszott lényeges szerepéről új ajtót nyit meg a vírusellenes terápiák számára a mostani COVID-19 járvány megfékezéséhez.

2. ábra SARS-CoV-2 fertőzést követően az emberi sejtek virális fehérjéket expresszálnak (zölddel jelölve). Az NRP1 mennyiségének csökkentésével enyhül a fertőzés mértéke.

A bristoli SARS-CoV-2 kísérletek széles együttműködés révén váltak lehetővé. Kollaborációs partnerek: Dr. Andrew Davidson és Dr. David Matthews (mindketten a School of Cellular and Molecular Medicine Virológia egységének docensei), a bristoli UNCOVER csoport tagjai, Brett Collins professzor (Queensland Egyetem, Brisbane, Ausztrália), Tambet Teesalu professzor (Tartui Egyetem, Tartu, Észtország).

A tanulmány az Európai Kutatási Tanács, az MRC, a Wellcome Trust, a Lister Preventív Orvostudományi Intézet, az Elizabeth Blackwell Intézet és a Svájci Nemzeti Tudományos Alapítvány támogatásával valósult meg.

Kapcsolat: Horváth Péter, +36 70 512 0015, email: horvath.peter@brc.hu