Článek
Částice viru SARS-CoV-2 jsou vlastně poměrně jednoduché „stroje“. Skládají se jen ze čtyř typů stavebních kamenů, čtyř bílkovin. Všichni už jsme slyšeli o jedné z nich, bílkovině označované jako S. Ta tvoří „hrot“ viru, jímž se připojuje k buňkám.
Odborníci, kteří virus zkoumají, „hrotu“ a bílkovině, jež ho tvoří, věnovali velkou pozornost. Za poslední měsíce se například ukázalo, že hrot novějších variant je v mnoha ohledech lépe uzpůsoben pro pronikání do lidských buněk než „hrot“ původního viru z Wu-chanu.
Hrot SARS-CoV-2 a jeho proměny jsou ovšem tak dobře prozkoumány i z jednoho velmi prozaického důvodu: „hrotová“ bílkovina se dobře zkoumá. Leží přímo na povrchu viru a navíc ho – a vliv různých mutací na jeho funkci – lze zkoumat i v hůře zabezpečených laboratořích.
S nižší mírou zabezpečení
Pracovat s „živým“ virem SARS-CoV-2 je totiž možné pouze v laboratořích, které splňují velmi náročné normy (konkrétně tzv. BSL-3). Musí být dokonale oddělené od jiných prostor, mít speciální vzduchotechniku, filtrování vzduchu, systémy nouzové dezinfekce pro celou laboratoř… Pracovat v ní může jen speciálně proškolený personál, a to pouze v ochranných oblecích s dýchací maskou, jež dokonale brání vdechnutí biologického materiálu a úplně kryjí tělo.
Takové zařízení a jeho provoz si nemůže dovolit každý ústav či laboratoř. Zkoumání vlastností „živého“ viru tedy je omezeno na vybrané týmy (viry živé podle definice nejsou, proto uvozovky). V případě výzkumu „hrotu“ se ovšem podařilo využít jednoho „triku“, jak tento problém obejít, tvz. pseudovirů.
To je v podstatě upravený zcela jiný virus (například lentivirus), který má část genů z nového koronaviru. Nebo samozřejmě případně jiného viru, který se má zkoumat.
Možnosti pseudovirů jsou ovšem omezené. Není problém je upravit tak, aby vytvářely „hrot“ viru SARS-CoV-2. Ovšem další důležité díly, z nichž se skládá původce současné pandemie, neprodukují. Vlastnosti „hrotu“ lze s pomocí pseudovirů zkoumat, vlastnosti jiných důležitých „stavebních dílů“ nového koronaviru už ne.
Ve slavné kalifornské laboratoři nositelky Nobelovy ceny za rok 2020 Jennifer Doudnaové ovšem vědci vyvinuli nový „trik“, jak rychle a bezpečně studovat účinky mutací ve variantách viru SARS-CoV-2. A to i v laboratořích, jež infekční viry zkoumat nemohou. Výsledky vyšly na začátku listopadu v časopise Science.
Zjednodušený řez koronavirem SARS-CoV-2. Fialově jsou znázorněny „hroty“ viru, které jsou složeny každý ze tří „hrotových“ bílkovin S. Červený obal je tvořen tukovými částečkami. Dohromady je pomáhají držet i bílkoviny viru: E (žlutě) a M (zeleně). Modré „nýty“ jsou bílkoviny známé jako hemagglutinin-esteráza, které viru pomáhají při pronikání do buněk. Čtvrtou a poslední bílkovinou, z níž je virus postavený, je pak N bílkovina, která obaluje a chrání RNA uvnitř viru. Na obrázku je vyznačena světle žlutou barvou.
Dutý virus
Autoři obrazně řečeno nevymýšleli Ameriku, ale výrazně ji vylepšili. Použili k výzkumu v podstatě „prázdné“ viry: částice, které zvenčí vypadají přesně jako skutečný SARS-CoV-2. Tvoří je stejné bílkoviny jako skutečný virus, ale vevnitř tato částice neobsahuje žádný genetický materiál (tedy v případě nového koronaviru RNA).
To znamená, že tyto „virům podobné částice“, jak se označují, mohou skutečně napadat buňky a připojit se k nim. Ovšem nadále jsou impotentní: normální virus do buňky vypustí kousky genetické informace, které ji přeprogramují tak, aby vyráběla další virové částice. K tomu ovšem v případě viru podobné částice nemůže dojít. Ta sice odemkne buňku, ale už nemá jak jí ublížit.
„Virům podobné částice“, označované také často anglickou zkratkou VLP, nejsou vynálezem Doudnaové a jejích kolegů. Používají se již dlouho, kalifornský tým si je ovšem velmi šikovně uzpůsobil. Vložil do jejich vnitřku látku, o které jsme díky vakcínám proti covidu všichni slyšeli: mRNA. Tedy kousek genetické informace zabalený tak, aby mohl předat zprávu dále (mRNA je zkratka „messenger“ RNA, tedy „posel“).
Tato konkrétní mRNA nese informaci, jež buňkám neublíží. Obsahuje jen „návod“ k vytvoření slabého světélka. Když se úspěšně dostane do buňky, způsobí slabé světélkování. Čím více těchto „poslů“ pronikne do dané buňky, tím jasněji bude zářit. Díky tomu lze pohledem do mikroskopu zjistit, jak dobře dokáže daný „vyprázdněný“ virus dopravovat svůj náklad do nitra buňky.
Výhoda systému spočívá v tom, že virům podobné částice lze mnoha způsoby upravovat. Je možné vytvořit celou řadu různě upravených „vyprázdněných“ virů. Rozdíly mohou být veliké, nebo naopak jen velmi malé – třeba jen v jednom jediném „písmenu“ genetického kódu.
Autoři práce vyzkoušeli celou řadu těchto možných mutací, které jim připadaly zajímavé. Hned u několika novějších variant SARS-CoV-2 se například objevuje řada mutací v jedné konkrétní oblasti N bílkoviny (tzv. nukleokapsidu). To je bílkovina, jež tvoří v podstatě balení kolem nejcennějšího nákladu viru, jeho genetické informace.
N bílkovina ovšem není jen a pouze obal, přispívá svým dílem i k „invazi“ viru do napadené buňky. A množství mutací v daném místě silně naznačuje, že virus měl v tomto místě co zlepšovat.
Jasný výsledek
Autoři logicky předpokládali, že částice odvozené od nových variant, které evoluce naučila lépe infikovat člověka, by měly při zkouškách „rozsvítit“ napadené lidské buňky účinněji než původní varianta SARS-CoV-2. Až experimenty s „vyprázdněnými“ viry ukázaly, jak velká změna to může být.
Částice, jež v sobě nesly tyto mutace, byly při invazi lidských buněk výrazně výkonnější. Jimi napadené buňky se v experimentech „rozzářily“ výrazně více než buňky napadené původním virem. To tedy znamená, že se do nich dostávalo mnohonásobně více z materiálu, který tyto sterilní virové částice nesly.
Systém, který (Doudnaová a spol.) vyvinuli, umožňuje sledovat jakoukoli mutaci a její vliv na klíčové části virové replikace.
Například konkrétně mutace, kterou obsahuje varianta delta (tzv. mutace R203M) zvýšila úspěšnost virové invaze zhruba desetinásobně. Mutace známé z dalších variant (alfa, gama) měly podobný účinek, byť o něco slabší.
Při skutečné nákaze přitom zjednodušeně řečeno platí, že čím více RNA se do buňky dostane, tím pro virus lépe. Tím vyšší je pravděpodobnost, že ta se skutečně změní na „továrnu“ na nové viry. A tedy že dojde k nákaze dalších buněk.
Vědci se pak vrátili do zabezpečené laboratoře, kde už pracovali s kompletním virem SARS-CoV-2. Když virus nechali zaútočit na lidské buňky, rozdíl byl značný. Mutantem infikované buňky vyráběly zhruba 50krát více viru než buňky napadené původním wuchanským virem. Nevíme jistě, zda to tak je i ve skutečnosti, protože v živém těle nákaza přece jen probíhá jinak než v buněčné kultuře. Ale i údaje z reálného světa celkem jasně ukazují, že novější varianty SARS-CoV-2 se šíří lépe.
Také není jasné, proč by tyto mutace měly mít takový vliv. Ale to není nečekané. Vědci zkoumají nový virus, kterému nerozumí, a tak začínají nejprve pozorováním toho, co se děje, až poté to začínají vysvětlovat. Také stále přibývá nových nástrojů pro sledování biologických pochodů, a tak v některých případech nyní vědci pozorují věci, které předtím prostě pozorovat nemohli.
Takovou novinkou je ostatně i výroba virových částic s různými mutacemi. Strukturální biolog Michael Summers z univerzity v Marylandu pro časopis Science řekl, že novinka je „velká věc“: „Systém, který (Doudnaová a spol.) vyvinuli, umožňuje sledovat jakoukoli mutaci a její vliv na klíčové části virové replikace.“ S novým systémem se můžeme těmto otázkám věnovat mnohem více než doposud. Stejně jako v tomto případě ovšem ověřování výsledku bude muset proběhnout na skutečném viru v dobře zabezpečené laboratoři.
Naděje je, že systém by mohl také pomoci lépe zkoumat to, jak by se virus mohl měnit do budoucna. A tedy snad i pomoci odpovědět na otázku, jak by mohly pandemii ovlivnit varianty budoucí. Ale to je pouze příslib, který se nemusí splnit.
