(Josep Gutierrez/Moment/Getty Images) Die Entstehung eines neue Variante des Coronavirus hat neues Interesse an dem Teil der geweckt Virus bekannt als Spike-Protein.
Die neue Variante weist im Vergleich zu anderen eng verwandten Varianten mehrere eigenartige Veränderungen am Spike-Protein auf – und das ist einer der Gründe, warum sie besorgniserregender ist als andere, harmlose Veränderungen des Virus, die wir zuvor beobachtet haben. Die neuen Mutationen könnten die Biochemie des Spikes verändern und die Übertragbarkeit des Virus beeinflussen.
Das Spike-Protein ist auch die Grundlage des Stroms COVID 19 Impfstoffe, die darauf abzielen, eine Immunantwort dagegen auszulösen. Aber was genau ist das Spike-Protein und warum ist es so wichtig?
Zellinvasoren
In der Welt der Parasiten können viele bakterielle oder pilzliche Krankheitserreger selbstständig überleben, ohne dass sie eine Wirtszelle infizieren können. Aber Viren kippen. Stattdessen müssen sie in Zellen eindringen, um sich zu vermehren. Dort nutzen sie die biochemische Maschinerie der Zelle, um neue Viruspartikel zu bilden und sich auf andere Zellen oder Individuen auszubreiten.
Unsere Zellen haben sich entwickelt, um solche Eingriffe abzuwehren. Einer der wichtigsten Abwehrmechanismen des Zelllebens gegen Eindringlinge ist seine äußere Hülle, die aus einer Fettschicht besteht, die alle Enzyme, Proteine und DNA enthält, aus denen eine Zelle besteht.
Aufgrund der biochemischen Natur von Fetten ist die äußere Oberfläche stark negativ geladen und abstoßend. Viren müssen diese Barriere überwinden, um Zugang zur Zelle zu erhalten.
Wie SARS-CoV-2 in Zellen gelangt und sich vermehrt. (Pislar et al., PLoS Pathog, 2020, CC BY)
Coronaviren selbst sind wie das zelluläre Leben von einer Fettmembran umgeben, die als Hülle bezeichnet wird. Um in das Innere der Zelle einzudringen, nutzen umhüllte Viren Proteine (oder Glykoproteine, da sie häufig mit Zuckermolekülen bedeckt sind), um ihre eigene Membran mit der der Zelle zu verschmelzen und die Zelle zu übernehmen.
Das Spike-Protein von Coronaviren ist ein solches virales Glykoprotein. Ebola Viren haben eine, das Influenzavirus hat zwei und das Herpes-simplex-Virus hat fünf.
Die Architektur des Spikes
Das Spike-Protein besteht aus einer linearen Kette von 1.273 Aminosäuren, die sauber zu einer Struktur gefaltet sind und mit bis zu 23 Zuckermolekülen besetzt sind. Spike-Proteine haften gerne aneinander und drei separate Spike-Moleküle binden aneinander und bilden eine funktionelle „trimere“ Einheit.
Die Spitze kann in verschiedene Funktionseinheiten, sogenannte Domänen, unterteilt werden, die Aufgaben erfüllen verschiedene biochemische Funktionen des Proteins B. die Bindung an die Zielzelle, die Fusion mit der Membran und das Ansetzen des Spikes auf der Virushülle.
Das Spike-Protein von SARS-CoV-2 haftet an dem ungefähr kugelförmigen Viruspartikel, ist in die Hülle eingebettet und ragt in den Weltraum hinaus, bereit, sich an ahnungslosen Zellen festzuhalten. Schätzungsweise gibt es etwa 26 Spike-Trimere pro Virus.
Das Spike-Protein besteht aus verschiedenen Abschnitten, die unterschiedliche Funktionen erfüllen. (Rohan Bir Singh, CC BY)
Eine dieser funktionellen Einheiten bindet an ein Protein auf der Oberfläche unserer Zellen namens ACE2 , was die Aufnahme des Viruspartikels und schließlich die Membranfusion auslöst. Der Spike ist auch an anderen Prozessen wie Aufbau, struktureller Stabilität und Immunumgehung beteiligt.
Impfstoff vs. Spike-Protein
Angesichts der entscheidenden Bedeutung des Spike-Proteins für das Virus zielen viele antivirale Impfstoffe oder Medikamente auf virale Glykoproteine ab.
Für SARS-CoV-2 die Impfstoffe von Pfizer/BioNTech und Moderna Anweisungen geben an unser Immunsystem, um unsere eigene Version des Spike-Proteins herzustellen, was kurz nach der Immunisierung geschieht. Die Produktion der Spitze in unseren Zellen löst dann den Schutzprozess aus Antikörper und T-Zell-Produktion.
Eines der besorgniserregendsten Merkmale des Spike-Proteins von SARS-CoV-2 ist die Art und Weise, wie es sich im Laufe der Zeit während der Entwicklung des Virus bewegt oder verändert. Das im viralen Genom kodierte Protein kann mutieren und seine biochemischen Eigenschaften verändern, während sich das Virus weiterentwickelt.
Die meisten Mutationen sind nicht vorteilhaft und verhindern entweder die Wirkung des Spike-Proteins oder haben keinen Einfluss auf seine Funktion. Einige können jedoch zu Veränderungen führen, die der neuen Version des Virus einen selektiven Vorteil verschaffen, indem sie ihn übertragbarer oder ansteckender machen.
Dies könnte beispielsweise durch eine Mutation in einem Teil des Spike-Proteins geschehen, die den Schutz verhindert Antikörper von der Bindung daran. Eine andere Möglichkeit wäre, die Spikes für unsere Zellen „klebriger“ zu machen.
Aus diesem Grund sind neue Mutationen, die die Funktion der Spikes verändern, besonders besorgniserregend – sie können Auswirkungen darauf haben, wie wir die Ausbreitung von SARS-CoV-2 kontrollieren. Die neuen Varianten sind in Großbritannien und anderswo zu finden haben Mutationen über Spike und in Teilen des Proteins, das daran beteiligt ist, in Ihre Zellen zu gelangen.
Im Labor müssen Experimente durchgeführt werden, um festzustellen, ob und wie diese Mutationen den Anstieg signifikant verändern und ob unsere derzeitigen Kontrollmaßnahmen weiterhin wirksam sind. 
Connor Bamford , Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Virologie, Queen's University Belfast .
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