สาเหตุของการระบาดใหญ่ของ Omicron คืออะไร?

พื้นหลัง

การค้นพบและการพัฒนาโอไมครอน

เมื่อวันที่ 26 พฤศจิกายน พ.ศ. 2021 องค์การอนามัยโลกได้จําแนกไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ B.1.1.529 ที่พบในแอฟริกาใต้ว่าเป็น "ตัวแปรที่น่าเป็นห่วง" (VOC) ที่ห้าและตั้งชื่อตามโอไมครอน. การกลายพันธุ์ 35 ครั้งอย่างน่าอัศจรรย์ปรากฏในโปรตีน Spike ของสายพันธุ์กลายพันธุ์นี้โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกลายพันธุ์ 15 ครั้งในภูมิภาค RBD ซึ่งมีบทบาทสําคัญในกระบวนการรับรู้ไวรัสของเซลล์โฮสต์กระตุ้นความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก ต่อจากนั้นโอไมครอนแทนที่เดลต้าอย่างรวดเร็วในฐานะสายพันธุ์หลักในหลายประเทศในเวลาเพียง 2 เดือนซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการแพร่กระจายที่แข็งแกร่ง นอกจากนี้การศึกษายังแสดงให้เห็นว่าผู้ที่ติดเชื้อหรือฉีดวัคซีนตามธรรมชาติจะยังคงติดเชื้ออยู่โอไมครอนและ titers ของแอนติบอดีที่ทําให้เป็นกลางต่อ Omicron ในตัวอย่างซีรั่มของประชากรที่กล่าวถึงข้างต้นได้ลดลงอย่างมีนัยสําคัญซึ่งบ่งชี้ว่าสายพันธุ์กลายพันธุ์มีความแข็งแรงภูมิ คุ้ม กันความสามารถในการหลบหลีก

ติดต่อ:joanna.jia@wecistanche.com

ประโยชน์ของ Cistanche deserticola ปรับปรุงระบบภูมิคุ้มกันคลิกที่นี่เพื่อดูตัวอย่าง

Tเขย่าขวัญ

คําถามมากมายเกี่ยวกับโอมิครอน

กลไกระดับโมเลกุลที่การติดเชื้อและภูมิ คุ้ม กันการหลีกเลี่ยง Omicron มีการปรับปรุงอย่างมีนัยสําคัญเมื่อเทียบกับ WT และ VOCs อื่น ๆ ?

การกลายพันธุ์ 35 ครั้งในโอไมครอนโปรตีนขัดขวางมีผลต่อไวรัส?

วัคซีนและยารักษาโรคที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพควรได้รับการออกแบบมาสําหรับ Omicron อย่างไร?

เมื่อวันที่ 25 มกราคมทีมงานของ Prof. Wang Xiangxi จากสถาบันชีวฟิสิกส์ของสถาบันวิทยาศาสตร์จีนได้ตีพิมพ์บทความบล็อกบัสเตอร์เรื่อง "ลักษณะโครงสร้างและการทํางานของการติดเชื้อที่เปลี่ยนแปลงไปและภูมิ คุ้ม กันการหลีกเลี่ยงตัวแปร SARS-CoV-2 Omicron" ในนิตยสารเซลล์ แอนติเจน Omicron Spike Trimer และกลไกที่ซับซ้อนของ Spike Trimer และตัวรับ ACE2 ถูกใช้เพื่อตอบคําถามข้างต้นผ่านการวิเคราะห์โครงสร้างและการทดลองทางชีวเคมี

ในการศึกษานี้ ACROBiosystems ให้รีเอเจนต์การวิจัยที่สําคัญและมีส่วนสําคัญในการแสดงออกของแอนติเจนและการวิเคราะห์ทางชีวเคมี ในการทดลองวิเคราะห์โครงสร้างโปรตีนของ Omicron Spike โครงการได้พัฒนาและใช้โปรตีน Spike trimer (Cat.No.SPN-C52Hz) ที่ผลิตโดย ACROBiosystems

01. เครื่องตัด Omicron Spike ช่วยเพิ่มความเสถียร

นักวิจัยได้แสดง Omicron Spike Trimer ในสถานะ Prefusion เป็นครั้งแรกโดย recombinant ในหลอดทดลองและวิเคราะห์โครงสร้างของ Spike Trimer โดยใช้กล้องจุลทรรศน์ไครโออิเล็กตรอนที่ pH ทางสรีรวิทยาปกติ 7.5 และเอนโดโซม pH 5.5 (รูปที่ 1) โครงสร้างแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีน Omicron Spike ในสภาพแวดล้อม pH ทั้งสองเกือบจะเหมือนกันโดยมี RBD หนึ่งตัวในโครงสร้าง "ขึ้น" และ RBD สองชิ้นในโครงสร้าง "ลง" ในขณะที่ Spike Trimer ของ WT และสายพันธุ์ VOC อื่น ๆ นอกเหนือจากข้างต้นในสถานะเชิงพื้นที่นี้ยังมี RBD สามตัวในโครงสร้าง "ลง"

Figure 1. Spatial 3D structure of Omicron Spike Trimer at pH 7.5 and pH 5.5

จากการเปรียบเทียบโครงสร้างของโปรตีน Spike กลายพันธุ์สองตัวคือ Omicron และ Delta พบว่าเนื่องจากไซต์การกลายพันธุ์ที่เพิ่งเกิดขึ้นใหม่บนโปรตีน Omicron Spike เพิ่มปฏิสัมพันธ์ที่ชอบน้ําและไม่ชอบน้ําระหว่าง RBD โครงสร้าง "ขึ้น" และ RBD โครงสร้าง "ลง" ทั้งสอง RBDs ของโครงสร้างนี้อยู่ใกล้ขึ้นในอวกาศและมีพื้นที่ปฏิสัมพันธ์ที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งให้คําอธิบายสําหรับการดํารงอยู่ของสถานะโครงสร้างเชิงพื้นที่เพียงสถานะเดียวของโปรตีน Omicron Spike นอกจากนี้พื้นที่ปฏิสัมพันธ์ของหน่วยย่อย S1 และ S2 ของโมโนเมอร์ที่แตกต่างกันใน Omicron Spike Trimer นั้นใหญ่ขึ้นซึ่งทําให้โครงสร้างโดยรวมของ Spike Trimer ดู "กะทัดรัด" มากขึ้นและความเสถียรของโปรตีนก็ดีขึ้น ไม่เพียงแค่นั้นผลการทดลองทางชีวเคมียังแสดงให้เห็นว่าความเสถียรทางความร้อนของโปรตีน Omicron Spike นั้นสูงกว่าโปรตีน WT และ Delta Spike (รูปที่ 2)

Figure 2. Spike Trimer stability of Omicron is higher than WT and Delta

ความเสถียรที่เพิ่มขึ้นของโปรตีน Spike ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการจดจําตัวรับ ACE2 แต่ยังช่วยลดประสิทธิภาพของการหลอมรวมซองไวรัสกับเยื่อหุ้มเซลล์โฮสต์ในภายหลัง โปรตีนสไปค์ของสายพันธุ์ต่าง ๆ ได้รับการรักษาโดยการเพิ่ม Trypsin และ ACE2 ในหลอดทดลองและสัดส่วนของโปรตีน Omicron Spike ที่แปลงจากโครงสร้าง Prefusion ที่รู้จักตัวรับ ACE2 เป็นโครงสร้าง Postfusion ที่เป็นสื่อกลางในการหลอมรวมของเมมเบรนถูกสังเกตโดยการต่อต้านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนซึ่งต่ํากว่าโปรตีน WT และ Delta Spike (ภาพที่ 3)

Figure 3. In vitro addition of Trypsin and ACE2 to the Spike protein in the Prefusion conformation

02. กิจกรรมการวางตัวเป็นกลางของ Omicron ลดลงตามแอนติบอดีระดับ 5

ตามรายงานวรรณกรรมก่อนหน้านี้แอนติบอดีที่ทําให้เป็นกลางของ COVID-19 ในเชิงพาณิชย์ที่ได้รับการรับรองจาก FDA จํานวนหนึ่งเกือบจะสูญเสียกิจกรรมการทําให้เป็นกลางต่อการกลายพันธุ์ของ Omicron เช่น REGN10933 และ REGN10987 ของ Regeneron LY-CoV555 ของเอลีลิลลี่และ LY-CoV016; แอสเพน ลีกัง AZD1061 และ AZD8895 จากการวิเคราะห์โครงสร้างพบว่าการลบหรือการกลายพันธุ์ของกรดอะมิโนใหม่ในภูมิภาค NTD และ RBD ของโปรตีน Omicron Spike ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมากใน epitope แอนติเจนส่งผลให้สูญเสียกิจกรรมการทําให้เป็นกลางของแอนติบอดีที่ทําให้เป็นกลางจํานวนมากต่อ Omicron เช่น S477N และ T478K บน RBD , E484K, Q493R, G496S, Q498R, N501Y, Y505H เป็นต้น

acteoside in cistanche (2)

cistamche ใน immnunity

การศึกษาก่อนหน้านี้ได้จําแนกแอนติบอดีที่ทําให้เป็นกลางออกเป็นคลาส I-VI ตาม epitopes ที่มีผลผูกพันแอนติเจนที่แตกต่างกันบน RBD โดยการวิเคราะห์โครงสร้างของคอมเพล็กซ์ของแอนติบอดีที่ทําให้เป็นกลาง SARS-CoV-2 และแอนติเจน RBD ที่ได้รับการแก้ไขในฐานข้อมูล PDB ในการศึกษานี้มีการทดสอบแอนติบอดีทั้งหมด 18 ตัวใน 6 คลาสนี้สําหรับความสามารถในการต่อต้านไวรัสหลอก WT และ Omicron ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าแม้ว่ากิจกรรมการทําให้เป็นกลางของแอนติบอดีคลาส V จะอ่อนแอ แต่ก็ไม่ได้รับผลกระทบอย่างมากจากการกลายพันธุ์ของ Omicron ในขณะที่แอนติบอดีที่เหลืออีก 5 ประเภทมีผลเพียงเล็กน้อยต่อ Omicron ความสามารถในการทําให้เป็นกลางของโอไมครอนต่ํากว่า WT อย่างมีนัยสําคัญซึ่งอธิบายได้ว่าทําไมกิจกรรมการทําให้เป็นกลางของแอนติบอดีที่ทําให้เป็นกลางในเชิงพาณิชย์ต่อ Omicron จึงลดลงอย่างมาก (รูปที่ 4)

cistanche and tongkat ali in immunity

cistanche และ tongkat aliในภูมิคุ้มกัน

นักวิจัยยังวิเคราะห์ลําดับโปรตีน Spike ของ β-coronaviruses ที่ใช้ ACE2 เพื่อรับรู้และติดเชื้อในเซลล์โฮสต์และพบว่ากรดอะมิโนที่อนุรักษ์ไว้ 11 ชนิดมีส่วนร่วมในการจับกับ ACE2 และกรดอะมิโนเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นกลุ่ม I-IV กลุ่ม I ประกอบด้วยกรดอะมิโนที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้สูง 6 ชนิด G447, Y453, N487, Y489, T500, G502; กลุ่ม II ประกอบด้วยกรดอะมิโน 5 ชนิดที่มีคุณสมบัติคล้ายกัน Y449/F/H, F456/L, Y473/F, F486/L และ Y505H กลุ่ม III ประกอบด้วยกรดอะมิโนที่อนุรักษ์น้อยกว่า 5 ชนิด G446/S/T, L455/S/Y, A475/P/S, G476/D และ G496/S กลุ่ม IV ประกอบด้วยกรดอะมิโนที่มีความผันแปรสูง 5 ชนิด K417/V/N/R/ T, E484/K/P/Q/V/A, Q493/N/E/R/Y, Q498/Y/H/R และ N501/Y/T/D/S (รูปที่ 6) ในหมู่พวกเขามีกรดอะมิโนไม่กี่ชนิดในกลุ่ม I-II และมีการสันนิษฐานว่ากรดอะมิโนทั้งสองกลุ่มนี้อาจมีบทบาทสําคัญในการรับรู้ ACE2 และรักษาความเสถียรของโปรตีน Spike ในขณะที่กรดอะมิโนในกลุ่ม III-IV มีการกลายพันธุ์ใน VOC แอนติบอดีที่ทําให้เป็นกลางบางชนิดที่รายงานจนถึงตอนนี้ เช่น XGv47, A23-58.1 และ S2K146 รู้จัก epitopes กรดอะมิโนของกลุ่ม I-II ดังนั้นแอนติบอดีที่ทําให้เป็นกลางเหล่านี้จึงสามารถแข่งขันกับ ACE2 เพื่อจับกับโปรตีน Spike ได้ และ epitopes ที่มีผลผูกพันกับแอนติเจนได้รับการอนุรักษ์ไว้สูง คาดว่าจะกลายเป็นแอนติบอดีรุ่นใหม่สําหรับการรักษาและป้องกัน Omicron และสายพันธุ์กลายพันธุ์ coronavirus ใหม่ที่อาจเกิดขึ้น

Figure 4. Detection results of neutralizing activity of class I-VI antibodies against Omicron mutant strains

03. ภูมิภาคที่ได้รับการอนุรักษ์สามารถใช้เป็นทิศทางการพัฒนาของแอนติบอดีรุ่นใหม่

นักวิจัยใช้วิธีการ SPR เพื่อตรวจจับความสัมพันธ์ของโปรตีน Omicron RBD กับ ACE2 และพบว่าผลลัพธ์สูงกว่า WT RBD ถึง 2.8 เท่า จากการวิเคราะห์โครงสร้างสามมิติของ Omicron Spike Trimer และ ACE2 พบว่ามี RBD สองตัวในโครงสร้าง "ขึ้น" บนโปรตีน Omicron Spike ที่จับกับ ACE2 สองตัว กรดอะมิโนของ Omicron ก่อให้เกิดปฏิสัมพันธ์ซึ่งสามารถเพิ่มความสัมพันธ์ของ Spike กับ ACE2 ได้ แต่การปรากฏตัวของการกลายพันธุ์ของ K417N และ E484 ช่วยลดการจับของ Spike ถึง ACE2 ดังนั้นโดยรวมแล้วเช่นเดียวกับสายพันธุ์กลายพันธุ์อื่น ๆ โปรตีน Spike ของ Omicron มีความสัมพันธ์เพิ่มขึ้นสําหรับ ACE2 (รูปที่ 5)

Figure 5. Structural analysis of the complex between Omicron Spike protein and ACE2

รูปที่ 5 การวิเคราะห์โครงสร้างของคอมเพล็กซ์ระหว่างโปรตีน Omicron Spike และ ACE2

Figure 6. Classification of amino acids involved in binding to ACE2 on Spike protein of betacoronavirus

บทสรุป

ในการศึกษานี้กล้องจุลทรรศน์ไครโออิเล็กตรอนถูกใช้เพื่อวิเคราะห์กลไกของ Omicron Spike Trimer และความซับซ้อนระหว่าง Spike Trimer และ ACE2 และกลไกระดับโมเลกุลของการติดเชื้อที่เพิ่มขึ้นและการหลบหนีของภูมิคุ้มกันของ Omicron ได้รับการอธิบายผ่านการวิเคราะห์โครงสร้างและการทดลองทางชีวเคมี สองกลุ่มข้างต้นของ epitopes ที่มีผลผูกพันแอนติเจนที่ได้รับการอนุรักษ์ไว้อย่างสูงเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสําหรับการออกแบบวัคซีนในวงกว้างและยาที่ทําให้เป็นกลาง

นับตั้งแต่การระบาดของ COVID-19 ACROBiosystems ได้ติดตามการพัฒนาของการแพร่ระบาดอย่างใกล้ชิดและได้จัดหาผลิตภัณฑ์และบริการคุณภาพสูงสําหรับกลุ่มวิจัยทางวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่และ บริษัท R&D ด้านวัคซีนและการรักษาแอนติบอดี หลังจาก Omicron ปรากฏตัวใช้เวลาเพียง 10 วันในการแสดงและผลิตแอนติเจนชุดหนึ่งที่จําเป็นสําหรับการวิจัยที่เกี่ยวข้องได้สําเร็จ

ในการศึกษานี้ ACROBiosystems ให้รีเอเจนต์การวิจัยที่สําคัญและมีส่วนสําคัญในการแสดงออกของแอนติเจนและการวิเคราะห์ทางชีวเคมี ในการทดลองวิเคราะห์โครงสร้างโปรตีน Omicron Spike ซึ่งเป็นโปรตีน Spike trimer อย่างเป็นทางการ (Cat.No SPN-C52Hz) ที่ผลิตโดย ACROBiosystems ถูกนํามาใช้ในการพัฒนาโครงการ

acteoside in cistanche