ロバート・サンダース、メディア関係| 2021年11月12日
UCバークレーの科学者は、SARS-COV-2スパイクタンパク質とヒトACE2受容体との間の原子レベルの相互作用、およびスパイクタンパク質を標的とし、感染を防ぐ抗体をモデル化しました。 （クレジット：ジェイソンマクレラン研究所/テキサス大学オースティン校）
National Energy Research Scientific Computing Center（NERSC）のスーパーコンピューターは、カリフォルニア大学バークレー校の研究者が、SARS-COV-2ウイルスの表面にあるスパイクタンパク質がヒト細胞の受容体タンパク質にどのように付着し、さまざまな抗体がその相互作用をブロックするかを視覚化および研究するのを支援しました。
シミュレーションは、やや予想外に、非常に感染性のデルタ変異体のスパイクタンパク質（研究時の米国および世界の主要な株）がヒトACE2受容体への結合に特に優れていることを示しました。
しかし、研究者たちはまた、SARS-COV-2の感染と、ファイザー、モダニャ、バイオンテックによって製造されたものなど、現在のmRNAベースのワクチンの両方によって誘発された抗体が、2019年後半に中国に出現した元の株を含む他の層を含む他の変異体を中和することを観察しました。
「スパイクタンパク質がACE2への結合に優れているため、デルタバリアントがより感染していると想定していますが、それは真実かもしれませんが、私たちのシミュレーションはそれが物語全体ではないことを示しています。 「スパイクタンパク質がACE2に結合する方法に加えて、抗体や免疫系の他の部分がどのように反撃するかを考慮する必要があります。」
チームは、Nature Structural and Molecular Biology誌に調査結果を発表しました。対応する著者は、アマロと彼女の元ポスドク学者であるホセ・マヌエル・フローレス・ソリスであり、現在はテキサス大学オースティン校の準研究者です。
DOEのNERSCスーパーコンピューターCoriで実行されたシミュレーション
スパイクタンパク質がACE2受容体および抗体とどのように相互作用するかについての原子レベルのビューを取得するために、研究者は最初にスパイクタンパク質、受容体、およびいくつかのクラスの抗体の分子構造をシミュレートしました。彼らは、他の研究者によって決定されたスパイクタンパク質、ACE2受容体、およびいくつかの抗体の結晶構造を使用してこれを行いました。
その後、SARS-Cov-2ウイルスをカプセル化するような脂肪膜である脂質二重層にスパイクタンパク質を「浸し」、スパイクタンパク質が脂質二重層の表面の水分子や他の分子と相互作用する方法をシミュレートしました。これにより、スパイクタンパク質が採用できるさまざまな立体構造と、ACE2受容体にどの程度のスパイクタンパク質が結合したかを決定することができました。
「スパイクタンパク質の柔軟性は重要です。スパイクタンパク質の異なる立体構造により、どの抗体が結合できるかが決定されるためです」とアマロは言いました。
研究者は多くのシミュレーションを実行し、スパイクタンパク質の異なるバリアントがヒトACE2受容体にどれだけよく付着し、抗体の異なるクラスがスパイクタンパク質に結合する方法、およびスパイクタンパク質への結合と中和にさまざまな抗体の組み合わせがどれほど効果的であるかを調べました。
非常に多くのシミュレーションを実行するために、チームはCORIスーパーコンピューターを含むバークレーのNERSCで強力なコンピューティングリソースを使用しました。
デルタ株はより良く結合しますが、抗体もそれを中和します
彼らが学んだ最も重要なことの1つは、Deltaバリアントのスパイクタンパク質が、元のSARS-COV-2株のスパイクタンパク質よりもヒトACE2受容体により密接に結合することです。これはおそらく、デルタバリアントが非常に感染性がある理由の1つです。
チームはまた、テストされたほとんどのクラスの抗体が、元の株を中和するためにデルタ変異体に結合し、中和するのに等しく効果的であることを発見しました。顕著な例外は、N末端ドメインと呼ばれるスパイクタンパク質の一部を標的とする抗体でした。これらの抗体は、デルタ変異体への結合に効果が低く、これによりそれを中和する能力が弱まりました。幸いなことに、体の免疫応答のほとんどの抗体と、COVID-19ワクチンによって誘導されるほとんどの抗体は、デルタバリアントと初期のバリアントの間であまり変化しないスパイクタンパク質の他の領域を標的とします。
「一般的に、私たちの結果は、デルタバリアントの存在下でも、現在認定されているmRNAベースのワクチンの継続的な使用をサポートしています。これは、他のバリアントと同様の効力でデルタバリアントを中和するように見える抗体を引き出すためです」と研究者は書いています。
この論文の共著者には、元UCバークレーのポスドク学者であるアレクサンダー・パックは、現在南フロリダ大学の分子医学および遺伝学部門の助教授であるアリゾナ大学の生化学の生化学教授であるダニエル・ラップの助教授です。他の共著者は、UCサンフランシスコとコロラド大学ボルダーの研究者です。
この作業は、国立衛生研究所（R01AI093984-07S1、U54HG007013、およびR01AI093984）からの助成金、UCサンフランシスコの精密医療に関するカリフォルニアイニシアチブ、およびUCバークレー局のバイオエンジニアリング部門によってサポートされていました。 NERSCでの計算リソースの使用は、契約番号DE-AC02- 05CH11231に基づいて、米国エネルギー科学科学局によってサポートされていました。
