ویروس کرونای جدید از پروتئین اسپایک خود برای اتصال به سلول‌های انسان و حمله به آن‌ها استفاده می‌کند. اما براساس نتایج مطالعه‌ای جدید، برای انجام این کار، اسپایک‌ها حداقل ۱۰ شکل مختلف به خود می‌گیرند.
دانشمندان در آغاز دنیاگیری کووید ۱۹، سریعا ساختار پروتئین اسپایک ویروس کرونا را شناسایی کردند و راه را برای هدف قرار دادن آن با واکسن‌ها و داروهای دیگر هموار کردند. اما هنوز نادانسته‌های زیادی درمورد تعاملات میان پروتئین اسپایک و دستگیره‌ی موجود روی سطح خارجی سلول‌های انسانی که پروتئین ACE2 نامیده می‌شود، وجود دارد. برای مثال، دانشمندان مطمئن نیستند که این پروتئین برای آغاز فرایند ادغام با سلول و سپس بازکردن و تخلیه مواد ویروسی به داخل آن از چه مراحلی عبور می‌کند. دونالد بنتون، یکی از نویسندگان راهنمای مقاله گفت: «درحال‌حاضر، تمرکز مطالعات بسیاری روی پروتئین اسپایک قرار دارد. درک نحوه‌ی عملکرد آن بسیار مهم است، زیرا این بخش هدف بیشتر تلاش‌های واکسیناسیون و نیز کارهای تشخیصی بسیاری است.»
بنتون و گروهش برای درک فرایند عفونت، پروتئین‌های ACE2 انسانی را با پروتئین‌های اسپایک ویروس در آزمایشگاه مخلوط کردند. آن‌ها سپس از اتان مایع بسیار سرد برای منجمد کردن سریع پروتئین‌ها استفاده کردند، به‌طوری که به‌گفته‌ی بنتون، به شکل خاصی از یخ معلق شوند. پژوهشگران سپس نمونه‌های خود را زیر میکروسکوپ الکترونی کرایو قرار دادند و ده‌ها هزار تصویر دارای وضوح بالا از پروتئین‌های اسپایک منجمدشده در مراحل مختلف اتصال به گیرنده‌های ACE2 تهیه کردند.
پژوهشگران دریافتند که پروتئین اسپایک وقتی به گیرنده‌ی ACE2 متصل می‌شود، ازنظر ساختاری دچار تغییراتی می‌شود. وقتی پروتئین اسپایک شروع به پیوند می‌کند، ساختارش بازتر می‌شود تا امکان اتصال بیشتر را فراهم کند (تصور کنید که با بازکردن بازوها در آغوش گرفتن یک فرد چقدر ساده‌تر می‌شود.)
پروتئین اسپایک ویروس کرونا وقتی به گیرنده‌ی ACE2 موجود روی برخی سلول‌های انسانی متصل می‌شود، چندین تغییر شکل را متحمل می‌شود
پروتئین اسپایک درنهایت در هر سه مکان اتصال به ACE2 متصل می‌شود و هسته‌ی مرکزی خود را آشکار می‌کند. این ساختار نهایی احتمالا به ویروس اجازه می‌دهد تا با غشای سلولی ادغام شود. بنتون گفت: «در‌مقایسه‌با بیشتر پروتئین‌های اسپایک ویروس‌های دیگر، این فرایند اتصال به گیرنده بسیار پیچیده است. ویروس‌های آنفلوانزا و HIV فرایند فعال‌سازی ساده‌تری دارند.» به‌گفته‌ی بنتون، ویروس کرونا با پروتئین‌های اسپایک پوشیده شده است و احتمالا فقط بخش کوچکی از آن‌ها وارد این تغییرات ساختاری می‌شوند، به سلول‌های انسانی متصل شده و آن‌ها را آلوده می‌کنند. آنتونی وروبل، نویسنده‌ی راهنمای مقاله گفت: «ما می‌دانیم که اسپایک می‌تواند تمام این حالاتی را که درمورد آن‌ها صحبت کردیم، به خود بگیرد، اما پاسخ این سؤوال را هر کدام از اسپایک‌ها تمام اشکال را به خود می‌گیرند یا نه، نمی‌دانیم؛ زیرا ما فقط تصویرهای فوری از آن‌ها را می‌بینیم.»
پروتئین اسپایک خیلی سریع تغییر می‌کند. وروبل گفت اسپایک می‌تواند طی کمتر از ۶۰ ثانیه به تمام این حالت‌ها تغییر شکل دهد. بنتون گفت: «اما عفونت واقعی بسیار متفاوت است. همه چیز کندتر خواهد بود، زیرا گیرنده به سطح یک سلول چسبیده است، بنابراین انتشار ویروس به گیرنده به قدری زمان نیاز دارد.»
چرا پروتئین اسپایک برای عفونی کردن سلول باید این همه تغییرات ساختاری را بگذراند؟ بنتون می‌گوید: «این ممکن است روش ویروس برای محافظت از خود دربرابر شناسایی‌شدن به‌وسیله‌ی آنتی‌بادی‌ها باشد.» وقتی پروتئین اسپایک در وضعیت‌های بسته‌ی خود قرار داشته باشد، محلی را که به گیرنده متصل می‌شود، شاید برای اجتناب از آنتی‌بادی‌هایی که وارد شده و به آن محل متصل می‌شوند، پنهان می‌کند.
وروبل گفت دانستن این موضوع بسیار دشوار است. در هر حال، پژوهش جدید نشان می‌دهد سطوح بیشتری از پروتئین اسپایک در جریان عفونت درمعرض قرار می‌گیرد. درواقع، اشکال مختلف، سطوحی را نشان می‌دهند که زمانی تصور می‌شد پنهان باشند. بنابراین، پژوهشگران می‌توانند واکسن‌هایی را توسعه دهند که این سطوح را مورد هدف قرار دهد. وروبل گفت ما می‌توانیم به درمان‌هایی فکر کنیم که با محلی روی سطح گیرنده یا خود پروتئین اسپایک مطابقت داشته باشند، در آنجا قرار گیرند و بتواند به‌عنوان یک دارو عمل کنند.
وروبل و بنتون امیدوار هستند که متوجه شوند چرا ویروس کرونا این تغییرات ساختاری را می‌گذراند، از این نظر چقدر شبیه ویروس‌های کرونای دیگر است و اینکه آیا این تغییرات ممکن است به توضیح علت انتشار بسیار راحت این ویروس کمک کند.
نتایج این مطالعه در مجله‌ی Nature منتشر شده است.
