SARS-CoV-2 spikproteinet underlättar värdcellsinvasion genom att binda till cellmembraninbäddade ACE2-receptorer. Kredit:Adams et al.
Med varje ny SARS-CoV-2-variant som har dykt upp uppstår global panik för att bestämma dess hotnivå. Men en grupp kvantbiologer, ingenjörer och virusfysiker tror att vi redan har verktygen för att lättare upptäcka – och stoppa – farliga coronavirus och deras varianter.
Vid APS March Meeting 2022 kommer forskarna att diskutera hur kvantvibrationer, molekylär kartläggning, genetisk hotspot-övervakning och nanodiamanter är redo att reda ut hemligheterna bakom SARS-CoV-2:s spikprotein och RNA, vilket leder till bättre diagnos, variantriskbedömning, och behandling.
De kommer att dela sina resultat på en presskonferens torsdagen den 17 mars 2022. Konferensen kommer att hållas på plats och streamas via Zoom.
Alla SARS-CoV-2-virus använder spikproteinet för att komma in i värdcellerna, vilket gör det proteinet avgörande för att utveckla bättre vacciner och läkemedel. Men ett område av spikens geografi är fortfarande svårt att kartlägga:den exakta platsen där viruset fäster.
Så Karissa Sanbonmatsu, en strukturbiolog från Los Alamos National Laboratory, tillämpade tillsammans med Chang-Shung Tung de senaste beräkningsmetoderna för att ta reda på regionens molekylära sammansättning.
"Vi presenterar nya modeller av den del av spikproteinet som förankrar viruset till värden som överensstämmer med experimentella data", säger Sanbonmatsu. På mötet kommer hon att diskutera hur simuleringarna förklarar förvirrande densitetsmätningar som hittats i experiment.
Bindningen mellan spikprotein och värdcell resulterar också i några "dåliga vibrationer", har en grupp vid University of KwaZulu-Natal upptäckt.
"När det gäller SARS-CoV-2 visar vi att piggproteinvibrationerna kan öka sannolikheten för en elektronöverföring i värdreceptorer", säger Francesco Petruccione, en kvantbiolog som kommer att presentera resultaten.
Gruppen undersökte vilken roll denna kvanttunnel kan spela vid SARS-CoV-2-infektion - och om behandlingar kunde utformas för att avbryta vibrationerna som hjälper viruset att binda. Mutationer som leder till nya varianter leder också till olika vibrationsmönster.
"Det mest praktiska resultatet av denna forskning är identifieringen av nya terapier för att förhindra SARS-CoV-2-infektion", säger Petruccione. "Denna modell för receptoraktivering kan också erbjuda ett sätt att förutsäga smittsamheten hos nya stammar av SARS-CoV-2."
Att avgöra vilka spikeproteinmutationer som kommer att leda till mer virusöverföring stör epidemiologerna regelbundet, eftersom direkta experimentella data skulle kräva att man avsiktligt utsätter människor för varianter.
University of California Riverside fysiker John Barton och medarbetare beslutade att ta ett oväntat förhållningssätt till problemet genom att kombinera genomisk övervakning och verktygen för statistisk fysik.
"Vår metod är den första, såvitt vi vet, för att heltäckande kunna bedöma effekterna av SARS-CoV-2-mutationer på virusöverföring, inklusive resor av infekterade individer, med hjälp av de miljontals virussekvenser som har samlats in under pandemin ", sa Barton.
Teamet hittade hotspots i SARS-CoV-2-genomet där mycket infektiösa mutationer uppstår - inklusive i proteiner som är mycket mindre studerade än spiken. På mötet kommer Barton att presentera uppdaterad data angående Omicron-varianten.
"Viktigt, vår modell tillåter oss att mycket snabbt upptäcka fler överföringsbara varianter av viruset när de uppstår:Vi kan upptäcka avsevärt ökad överföring för varianterna Alpha och Delta när de var på frekvenser på bara runt 1% i vissa regioner", säger Barton .
Oavsett variant, är tidig upptäckt av coronavirusinfektion avgörande för att stoppa överföring och överspänningar.
Forskare under ledning av Massachusetts Institute of Technologys doktorand Changhao Li designade en kvantsensor för att diagnostisera COVID-19. Deras test skulle kunna ge en ultralåg falsk negativ frekvens som avsevärt förbättras jämfört med vanliga PCR-tester.
"Vi föreslår och demonstrerar experimentellt en hybrid kvantsensor för virus-RNA, baserad på kvävevakans-spinndefekter i nanodiamanter och magnetiska nanopartiklar", säger Li. Gruppen publicerade inledande design i Nano Letters .
Li kommer att dela med sig av nya preliminära experimentella resultat vid mötet. Bara flera hundra kopior av SARS-CoV-2 skulle räcka för att pinga kvantsensorn, vilket innebär att färre än 1% av testerna av misstag skulle komma tillbaka negativa. Testet lovar att vara billigt, snabbt och enkelt att skala upp.
Från kvant till beräkning, statistisk till vibration, fysik och dess väletablerade tekniker kunde inte bara påskynda slutet av den nuvarande pandemin, utan lägga grunden för att snabbare svara på nästa. + Utforska vidare
