Met computer ontworpen eiwit blokkeert coronavirus

Amerikaanse wetenschappers hebben met de computer een kunstmatig eiwit ontworpen dat het coronavirus blokkeert in de luchtwegen. Dit mini-eiwit is zo klein dat het verwerkt kan worden in een neusspray en inhalator.

Als het aan een team Amerikaanse wetenschappers ligt, kunnen de mondkapjes over een tijdje de prullenbak in en kunnen we met een gerust hart afspreken met vrienden en familie. Het enige wat we dan nodig hebben is een neusspray en inhalator. Even een snuif in ieder neusgat en een flinke puf van de inhalator en we zijn tijdelijk beschermd tegen het virus.

Spijkereiwitten blokkeren

In die neusspray en inhalator zit dan een klein eiwit dat SARS-CoV-2 neutraliseert. Dat eiwit ontwierpen de wetenschappers met de computer. Een programma berekende precies hoe zo’n mini-eiwit eruit moet zien om het virus te binden en onschadelijk te maken.

Het doelwit van de mini-eiwitten zijn de spijkervormige uitsteeksels op het oppervlakte van het coronavirus. Met die spijkereiwitten haakt het virus zich vast aan menselijke cellen, waarna het zijn genetisch materiaal de cel instuurt. Het mini-eiwit dekt de kenmerkende spijkereiwitten af, en voorkomt daarmee dat het virus cellen infecteert. De onderzoekers publiceerden hun resultaten in het wetenschappelijk tijdschrift Science.

De mini-eiwitten blokkeren het virus op een vergelijkbare manier als antistoffen tegen SARS-CoV-2. Antistoffen zijn onderdeel van het immuunsysteem en komen van nature voor in ons lichaam. “Een voordeel van de nieuwe mini-eiwitten ten opzichte van antistoffen is dat ze sneller, eenvoudiger en goedkoper te maken zijn”, aldus de auteurs.

Kunstmatige eiwitten bouwen

De eerste stap in het maken van de mini-eiwitten was vooral computerkracht. De wetenschappers voerden het spijkereiwit van het coronavirus op moleculair niveau in de computer in. Die berekende verschillende mini-eiwitten die het spijkereiwit afschermden. Daarvan selecteerden de onderzoekers de meestbelovende varianten. Hoewel die mini-eiwitten niet voorkomen in de natuur, zijn ze wel te maken in het laboratorium.

Daarvoor stelden de Amerikaanse onderzoekers de benodigde genetische informatie van die eiwitten samen. Het DNA vertelt de cellen uit welke bouwstenen ze het eiwit moeten opbouwen. Door de juiste DNA-letters op rij te kiezen, kunnen wetenschappers dus de genetische code samenstellen voor ieder denkbaar eiwit – zelfs eiwitten die normaal niet in de natuur voorkomen. Die DNA-reeks plaatsten ze in een bacterie die het gebruikte als handleiding om het kunstmatige eiwit te produceren.

De mini-eiwitten uit bacteriën lieten de onderzoekers, samen met het coronavirus, los op menselijke cellen in een petrischaal. Met een speciale microscoop zagen de wetenschappers dat de mini-eiwitten inderdaad aan het coronavirus bonden, zoals de computer had berekend. Ook infecteerden de virussen in de petrischaal geen cellen zolang het mini-eiwit aanwezig was.

In de sneltest

Omdat SARS-CoV-2 cellen in zowel de bovenste (neus- en mondholte) als de onderste luchtwegen (luchtpijp en longen) infecteert, moeten de mini-eiwitten overal in de luchtwegen toegediend worden. “Met alleen een neusspray of alleen een inhalator kom je er dan niet”, reageert viroloog Bart Haagmans van Erasmus MC. Alleen een combinatie van de twee kan bescherming bieden. De mini-eiwitten beschermen de gebruiker dan waarschijnlijk gedurende een dag; daarna moet een nieuwe dosis ingenomen worden.

Het mini-eiwit werkt preventief en is dus geen geneesmiddel. “Wanneer het virus eenmaal een cel binnendringt, kan het mini-eiwit hem niet volgen en dus niet blokkeren”, vertelt Haagmans. Wel kunnen de mini-eiwitten de verspreiding van het virus vertragen, door nieuw gevormde virusdeeltjes te neutraliseren. In welke mate dat gebeurt, konden de onderzoekers niet meten in petrischaaltjes en moet blijken uit een vervolgstudie in muizen. Die experimenten zijn inmiddels gestart.

Geen vaccin

Het mini-eiwit blokkeert het coronavirus, maar is geen vaccin. De bescherming is namelijk van korte duur (ongeveer een dag) en het eiwit moet daarom steeds opnieuw toegediend worden. Daarom is de ontwikkeling van een coronavaccin nog altijd van groot belang. Maar ook als het vaccin beschikbaar is, blijven de mini-eiwitten nuttig, volgens viroloog Bart Haagmans. “Het immuunsysteem van sommige ouderen of chronisch zieken is ontregeld of verzwakt. Daardoor reageert het niet altijd even effectief op een vaccin.” Die mensen hebben baat bij aanvullende medicijnen, zoals virusremmers.

Eva van Aalen, promovendus aan de TU Eindhoven, ziet nog een tweede toepassing voor de mini-eiwitten: in sneltesten voor SARS-CoV-2. “Kleine eiwitten die het virus makkelijk herkennen en stevig binden, zijn interessante stofjes om te verwerken in een sneltest”, aldus Van Aalen. Zelf werkt ze aan sneltesten met antistoffen. Aangezien de mini-eiwitten een grotere aantrekkingskracht hebben voor het coronavirus en beter tegen hogere temperaturen en temperatuurschommelingen kunnen, zouden de mini-eiwitten de antistoffen kunnen vervangen en zo de sneltest verbeteren.

Uitgelicht door de redactie

Economie
Je geld of je leven?

Maatschappijwetenschap
Politie, burgers en technologie-ontwikkelaars in gesprek over de toekomst van de stad

Informatica
De gigantische logistieke operatie van het coronavaccin

Mini-eiwit versus antistoffen

De neusspray en inhalator met het mini-eiwit vormen een alternatief voor menselijke antistoffen als medicijn tegen SARS-CoV-2. Het immuunsysteem zal de mini-eiwitten echter niet als lichaamseigen herkennen en ze dus sneller vernietigen dan antistoffen. Een tweede verschil is dat de mini-eiwitten geen onderdeel uitmaken van het immuunsysteem. “Zo’n mini-eiwit blokkeert het virus, maar zendt verder geen noodsignaal naar het immuunsysteem, zoals antistoffen doen”, vertelt Haagmans. “De vraag is of alleen neutraliseren voldoende is.”

Drie jaar geleden liet dezelfde groep wetenschappers zien dat die communicatie met het immuunsysteem niet noodzakelijk is. Althans, bij een vergelijkbaar mini-eiwit dat het influenzavirus blokkeert. Of hetzelfde geldt voor het gevaarlijkere coronavirus, testen de onderzoekers nu in muizen.

“Ik vind het mooi dat de Amerikaanse wetenschappers dit soort moderne computertechnieken inzetten om SARS-CoV-2 te bestrijden”, zegt Haagmans. “Het lastige daarvan is wel dat de wetenschap er nog weinig ervaring mee heeft, zeker als je het vergelijkt met antistoffen en vaccins.” Maar verspilde moeite is het zeker niet, vindt hij: “Je moet op meerdere paarden wedden. Het is dus goed om altijd op zoek te blijven naar alternatieven methodes om het coronavirus te bestrijden.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink, en hoort bij het thema Ziekten voorkomen op Biotechnologie.nl.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden