Hvad er årsagen til Omicrons pandemi?

Baggrund

Omicron opdagelse og udvikling

Den 26. november 2021 klassificerede WHO den nye coronavirus variant stamme B.1.1.529 fundet i Sydafrika som den femte "variant of concern" (VOC) og opkaldte den efterOmicron. Forbløffende 35 mutationer dukkede op i Spike-proteinet af denne mutantstamme, især 15 mutationer i RBD-regionen, som spiller en vigtig rolle i processen med virusgenkendelse af værtsceller, hvilket vækker opmærksomhed fra videnskabsmænd over hele verden. EfterfølgendeOmicronhurtigt erstattet Delta som mainstream-stammen i mange lande på kun 2 måneder, hvilket viste en stærk evne til at sprede sig. Derudover har undersøgelser vist, at personer, der er naturligt smittet eller vaccineret, stadig vil blive smittet medOmicron, og titrene af neutraliserende antistoffer mod Omicron i serumprøver af de ovennævnte populationer er faldet signifikant, hvilket indikerer, at mutantstammen har en stærkimmunundvigelsesevne.

Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com

Cistanche deserticola fordele forbedrer immunsystemet, klik her for at få prøven

Thinking

Mange spørgsmål om Omicron

Hvad er den molekylære mekanisme, hvorved infektiviteten ogimmunomgåelse af Omicron er væsentligt forbedret sammenlignet med WT og andre VOC'er?

Hvordan gør de 35 mutationer iOmicronSpike protein påvirker virussen?

Hvordan skal sikre og effektive vacciner og terapeutiske lægemidler designes til Omicron?

Den 25. januar offentliggjorde holdet af prof. Wang Xiangxi fra Institut for Biofysik ved Det Kinesiske Videnskabsakademi en storfilm med titlen "Strukturelle og funktionelle karakteriseringer af ændret infektivitet ogimmununddragelse af SARS-CoV-2 Omicron-variant" i Cell magazine. Omicron Spike Trimer-antigenet og den komplekse mekanisme af Spike Trimer og ACE2-receptoren blev brugt til at besvare ovenstående spørgsmål gennem strukturelle analyser og biokemiske eksperimenter.

I denne undersøgelse leverede ACROBiosystems vigtige forskningsreagenser og ydede vigtige bidrag til antigenekspression og biokemisk analyse. I Omicron Spike-proteinstrukturanalyseeksperimentet udviklede og brugte projektet Spike-trimerproteinet (Cat.No.SPN-C52Hz) produceret af ACROBiosystems.

01. Omicron Spike trimer forbedret stabilitet

Forskerne udtrykte først Omicron Spike Trimer i præfusionstilstanden ved rekombinant in vitro og analyserede strukturen af Spike Trimer ved hjælp af kryo-elektronmikroskopi ved normal fysiologisk pH 7,5 og endosom pH 5,5 (figur 1). Strukturen viser, at den rumlige konformation af Omicron Spike-protein i de to pH-miljøer er næsten den samme, med en RBD i "op"-konformationen og to RBD'er i "down"-konformationen, mens Spike Trimer af WT og andre VOC-stammer er ud over ovenstående I denne rumlige tilstand er der også tre RBD'er i "down"-konformationen.

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

Ved at sammenligne strukturerne af de to mutante Spike-proteiner, Omicron og Delta, blev det fundet, at fordi det nyligt fremkomne mutationssted på Omicron Spike-proteinet øgede de hydrofile og hydrofobe interaktioner mellem "op"-konformationen RBD og "ned"-konformationen RBD. , disse to RBD'erne i denne konformation er tættere i rummet og har et større interaktionsområde, hvilket giver en forklaring på eksistensen af kun én rumlig strukturtilstand af Omicron Spike-protein. Derudover er interaktionsområdet for S1 og S2 underenheder af forskellige monomerer i Omicron Spike Trimer større, hvilket får den overordnede struktur af Spike Trimer til at fremstå mere "kompakt", og proteinets stabilitet forbedres. Ikke kun det, resultaterne af biokemiske eksperimenter viste også, at den termiske stabilitet af Omicron Spike protein var højere end for WT og Delta Spike protein (figur 2).

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

Øget stabilitet af Spike-proteinet øger effektiviteten af genkendelse af receptoren ACE2, men det reducerer også effektiviteten af efterfølgende fusion af den virale kappe med værtscellemembranen. Spike-proteinerne fra forskellige stammer blev behandlet ved at tilsætte Trypsin og ACE2 in vitro, og andelen af Omicron Spike-proteiner, der blev omdannet fra Prefusion-konformationen, der genkender receptoren ACE2 til Postfusion-konformationen, der medierer membranfusion, blev observeret ved modfarvningselektronmikroskopi, som blev lavere end for WT- og Delta Spike-proteiner. (billede 3).

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

02. Omicron neutraliseringsaktivitet faldt med klasse 5 antistoffer

Ifølge tidligere litteraturrapporter mistede en række FDA-godkendte kommercialiserede COVID-19-neutraliserende antistoffer næsten deres neutraliserende aktivitet mod Omicron-mutanter, såsom Regenerons REGN10933 og REGN10987; Eli Lillys LY-CoV555 og LY-CoV016; Aspen Likangs AZD1061 og AZD8895. Gennem strukturel analyse viste det sig, at den nye aminosyredeletion eller mutation i NTD- og RBD-regionerne af Omicron Spike-protein resulterede i store ændringer i den antigene epitop, hvilket resulterede i tab af neutraliserende aktivitet af mange neutraliserende antistoffer mod Omicron, som f.eks. S477N og T478K på RBD. , E484K, Q493R, G496S, Q498R, N501Y, Y505H osv.

acteoside in cistanche (2)

cistamche i immunitet

Tidligere undersøgelser har klassificeret de neutraliserende antistoffer i I-VI klasser i henhold til de forskellige antigenbindende epitoper på RBD ved at analysere strukturen af komplekserne af SARS-CoV -2 neutraliserende antistoffer og RBD antigener, der er blevet opløst i PDB database. I denne undersøgelse blev i alt 18 antistoffer af disse 6 klasser testet for deres evne til at neutralisere WT og Omicron pseudovirus. Resultaterne viste, at selvom den neutraliserende aktivitet af klasse V-antistoffer var svag, var den ikke meget påvirket af Omicron-mutationen, mens de resterende 5 klasser af antistoffer havde ringe effekt på Omicron. Den neutraliserende evne afOmicronvar signifikant lavere end for WT, hvilket også forklarede, hvorfor den neutraliserende aktivitet af kommercielle neutraliserende antistoffer mod Omicron var stærkt reduceret (fig. 4).

cistanche and tongkat ali in immunity

cistanche og tongkat aliiimmunitet

Forskerne analyserede også Spike-proteinsekvensen af -coronavirus, der bruger ACE2 til at genkende og inficere værtsceller og fandt ud af, at 11 konserverede aminosyrer er involveret i binding til ACE2, og disse aminosyrer kan opdeles i grupper I-IV. Gruppe I inkluderer 6 stærkt konserverede aminosyrer G447, Y453, N487, Y489, T500, G502; gruppe II omfatter 5 aminosyrer med lignende egenskaber Y449/F/H, F456/L, Y473/F, F486/L og Y505H, gruppe III inkluderer 5 mindre konserverede aminosyrer G446/S/T, L455/S/Y, A475/P/S, G476/D og G496/S, gruppe IV omfatter 5 meget variable aminosyrer K417/V/N/R/T, E484/K/P/Q/V/A, Q493/N/E/ R/Y, Q498/Y/H/R og N501/Y/T/D/S (figur 6). Blandt dem er der få aminosyrer i gruppe I-II, og det spekuleres i, at disse to grupper af aminosyrer kan spille en vigtig rolle i at genkende ACE2 og opretholde den konformationelle stabilitet af Spike protein, mens aminosyrer i gruppe III-IV har mutationer i VOC. Nogle neutraliserende antistoffer, der er rapporteret indtil videre, såsom XGv47, A23-58.1 og S2K146, genkender aminosyreepitoperne i gruppe I-II, så disse neutraliserende antistoffer kan konkurrere med ACE2 om binding til Spike-protein, og antigenbindende epitoper er meget konserverede, forventes at blive en ny generation af antistoffer til behandling og forebyggelse af Omicron og potentielle nye coronavirus-mutantstammer.

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

03. Konserverede regioner kan bruges som udviklingsretning for den nye generation af antistoffer

Forskerne brugte SPR-metoden til at påvise affiniteten af Omicron RBD-protein til ACE2 og fandt ud af, at resultatet var 2,8 gange højere end WT RBD. Ved at analysere den tredimensionelle struktur af Omicron Spike Trimer og ACE2, viser det sig, at der er to RBD'er i "op"-konformationen på Omicron Spike-proteinet, der binder til to ACE2'er. Aminosyrerne i Omicron danner en interaktion, som kan øge affiniteten af Spike til ACE2, men tilstedeværelsen af K417N og E484 mutationer reducerer bindingen af Spike til ACE2, så samlet set har Omicrons Spike protein en øget affinitet, ligesom andre mutantstammer. for ACE2 (figur 5).

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

Figur 5. Strukturel analyse af komplekset mellem Omicron Spike protein og ACE2

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

Konklusion

I denne undersøgelse blev kryo-elektronmikroskopi brugt til at analysere mekanismen af Omicron Spike Trimer og komplekset mellem Spike Trimer og ACE2, og den molekylære mekanisme for Omicrons forbedrede smitteevne og immunflugt blev forklaret gennem strukturel analyse og biokemiske eksperimenter. De ovennævnte to grupper af højt konserverede antigenbindende epitoper giver et teoretisk grundlag for design af bredspektrede vacciner og neutraliserende lægemidler.

Siden udbruddet af COVID-19 har ACROBiosystems fulgt udviklingen af epidemien tæt og har aktivt leveret produkter og tjenester af høj kvalitet til størstedelen af videnskabelige forskningsgrupper og forsknings- og udviklingsvirksomheder vedrørende vacciner og terapeutiske antistoffer. Efter Omicron dukkede op, tog det kun 10 dage at udtrykke og producere en række antigener, der kræves til relevant forskning.

I denne undersøgelse leverede ACROBiosystems vigtige forskningsreagenser og ydede vigtige bidrag til antigenekspression og biokemisk analyse. I Omicron Spike-proteinstrukturanalyseeksperimentet blev det officielle Spike-trimerprotein (Cat.No. SPN-C52Hz) produceret af ACROBiosystems brugt i projektudviklingen.

acteoside in cistanche

cistanche til salgiimmunitet

Hvad er de gavnlige komponenter i Cistanche i moderne videnskabelig forskning, der er gavnlige for menneskers sundhed?

Hvordan har den traditionelle kinesiske medicin Cistanche antidepressiv og forbedrer kognitionseffekter?