DE sleutel van het coronavirus

Het SARS-CoV-2 virus met in rood de spike eiwitten
(CDC/ Alissa Eckert, MS; Dan Higgins, MAM, vrijgegeven in het publieke domein via Wikimedia Commons)

Er is veel in het nieuws over de Britse variant van het coronavirus SARS-CoV-2. Deze variant laat de besmettingsaantallen snel stijgen en zorgt ervoor dat scholen dicht moesten. Een belangrijke rede dat deze variant zich zo snel kan verspreiden is een verandering in het spike eiwit van het virus. Dit spike eiwit is ontzettend belangrijk voor de verspreiding van SARS-CoV-2. In Utrecht wordt door de onderzoeksgroep van dr. ir. Berend Jan Bosch veel onderzoek gedaan naar het spike eiwit.

Het coronavirus bindt met zijn spike eiwit (sleutel) aan een eiwit op de cel (sleutelgat) om de cel binnen te komen

Het SARS-CoV-2 virus bestaat uit een stukje erfelijk materiaal, RNA, met daaromheen een envelop van eiwitten. Een van die eiwitten genaamd het spike eiwit steekt uit het virus. Dit spike eiwit zit aan de buitenkant van het coronavirus en kan je zien als een soort sleutel. Met deze sleutel bindt het virus aan een eiwit, het slot, op de cel van de gastheer en zorgt ervoor dat de cel open gaat en het virus naar binnen kan. Zodra het virus de cel in is komt het RNA vrij. Dit RNA kan je zien als een kookboek voor een nieuw virus. Het virus ‘hackt’ de cel en zorgt ervoor dat deze recepten gaat maken uit dat kookboek. Hiermee zorgt het virus ervoor dat er al binnen een paar uur na binnenkomst heel veel nieuwe virusdeeltjes worden gemaakt.

De belangrijkste ontwikkeling binnen de virologie van de afgelopen jaren is volgens Berend Jan Bosch de analyse van virussen met elektronenmicroscopie. Met deze techniek kan je naar hele kleine dingen kijken met een grote scherpte. “Door technische verbeteringen zijn we nu veel beter in staat om in een hoge resolutie beeld te krijgen van hoe virussen en hun eiwitten eruit zien.” Samen met onderzoekers in Amerika was Berend Jan Bosch de eerste die het lukte om een 3D beeld te krijgen van het spike eiwit van een coronavirus. Deze beelden zijn heel belangrijk omdat we er zo achter kunnen komen wat de kwetsbare plekken zijn in het virus. Die plekken kunnen we gebruiken om remmers voor het virus te maken.

Antilichamen binden aan spike eiwitten van SARS-CoV-2 (Lightspring / Shutterstock)

Berend Jan Bosch gebruikt deze kennis over spike eiwitten. Door veel onderzoek te doen heeft hij een plek gevonden in het spike eiwit van SARS-CoV-2 die niet snel zal veranderen als er nieuwe varianten komen. In het afgelopen jaar heeft hij twee onderzoeken gepubliceerd over antilichamen die aan zulke plekken binden. Deze antilichamen blokkeren binnenkomst van SARS-CoV-2 in de gastheercel en kunnen daarmee helpen om infecties te voorkomen. Een van deze antilichamen wordt momenteel zelfs getest in patiënten!

Zulke antilichamen kunnen veel voor ons betekenen zelfs al zijn er vaccinaties. “Antilichamen blijven van belang om infecties te voorkomen bij mensen die nog niet gevaccineerd zijn of niet goed reageren op vaccins door onderliggende medische oorzaken. Het antilichaam wat wij ontwikkeld hebben is speciaal omdat het bindt aan een plek op het spike eiwit die goed geconserveerd is. Hierdoor blijft het beter werkzaam tegen de varianten die zich momenteel voordoen.”

Naast dat deze antilichamen goed blijven werken bij varianten van SARS-CoV-2 werkt het mogelijk ook bij toekomstige uitbraken van vergelijkbare coronavirussen. Tot nu toe zijn er drie grote uitbraken van coronavirussen geweest en SARS-CoV-2 zal waarschijnlijk niet de laatste zijn. Om voorbereid te zijn voor een toekomstige uitbraak is nog veel onderzoek nodig. Binnen het team van Berend Jan Bosch werken mensen vanuit veel verschillende vakgebieden samen. Zo zijn er bijvoorbeeld mensen nodig met kennis over genetica, moleculaire virologie en structuur virologie, maar ook mensen die dierproeven kunnen uitvoeren.

Wist je dat het spike eiwit zo kenmerkend is voor coronavirussen dat ze zelfs hun naam eraan te danken hebben? De spike eiwitten aan de buitenkant van het virus doen denken aan een kroon, corona in het Latijn.

Het spike eiwit is niet alleen de sleutel van coronavirussen om onze cellen binnen te komen, maar is ook de sleutel die onderzoekers kunnen gebruiken om infecties te voorkomen. Door onderzoek te doen naar het spike eiwit is het gelukt een antilichaam te vinden dat niet alleen SARS-CoV-2 blokkeert, maar dat mogelijk ook infecties van toekomstige coronavirussen kan voorkomen.

Ben jij net zo gefascineerd door virussen als Berend Jan Bosch? Dan heeft hij een aantal tips voor jou... “Voor het doen van (fundamenteel) onderzoek aan bijvoorbeeld een universiteit heb je nieuwsgierigheid en doorzettingsvermogen nodig. Als je een fascinatie hebt voor de biologie van virussen en altijd graag het naadje van de kous wilt weten over hoe iets werkt, dan is het virus onderzoek wellicht iets voor jou. De nieuwsgierigheid maakt het onderzoek als een ontdekkingsreis waarbij je opzoek gaat naar het onbekende. Je moet jezelf daarbij de grote vragen stellen en anderzijds een opmerkzaam oog hebben voor de kleide details in het onderzoek waar vaak de antwoorden in schuilen. De wereld helpen is een nobel streven, maar onvoldoende om je jarenlang in te zetten in het onderzoek. Fundamenteel onderzoek ligt vaak wat verder weg van de praktijk, maar het is wel essentieel voor grote innovaties.

Wil je meer weten over de biologie van kleine dingen? Lees dan het artikel van Marieke over hoe we dingen die ons soms ziek kunnen maken zoals bacteriën kunnen gebruiken als geneesmiddel voor diabetes. Wil je meer weten over elektronenmicroscopie? Bekijk dan het blogartikel van Max. Liever iets te weten komen over hoe we algoritmes kunnen gebruiken om microscopie beelden kunnen verbeteren? Kijk dan naar het blogartikel van Abe!

Bronnen:

Walls, A., Tortorici, M., Bosch, BJ. et al. Cryo-electron microscopy structure of a coronavirus spike glycoprotein trimer. Nature 531, 114–117 (2016). https://doi.org/10.1038/nature16988

Wang, C., Li, W., Drabek, D. et al. A human monoclonal antibody blocking SARS-CoV-2 infection. Nat Commun 11, 2251 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-16256-y

Wang, C., van Haperen, R., Gutiérrez-Álvarez, J. et al. A conserved immunogenic and vulnerable site on the coronavirus spike protein delineated by cross-reactive monoclonal antibodies. Nat Commun 12, 1715 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-21968-w