Wie Wissenschaftler nach Lösungen für die COVID-19-Pandemie suchen

Structural biology consultant on Kolabtree Jennifer Huen schreibt darüber, wie Wissenschaftler weltweit daran arbeiten, Lösungen für die COVID-19 Pandemie. 

Während ich diese Zeilen schreibe, arbeitet medizinisches Personal auf der ganzen Welt mit Hochdruck an der Behandlung infizierter Patienten, Wissenschaftler führen in aller Eile Experimente durch, um einen geeigneten COVID-19-Impfstoff zu entwickeln, und Freiwillige liefern Lebensmittel und Hilfsgüter an bedürftige Menschen. Dies sind nur einige der zahlreichen selbstlosen Handlungen, die Menschen unternehmen, um allen um sie herum zu helfen.

Unsere kollektiven Erfahrungen während der SARS-Epidemie in den Jahren 2002-2003 haben zu raschen Maßnahmen und Verhaltensänderungen seitens der Regierung und der Bevölkerung geführt, um die Ausbreitung des Virus einzudämmen und die dringende Forschung zu beschleunigen [1]. Seit dem ersten Auftreten von SARS-CoV2 in der Öffentlichkeit im Dezember letzten Jahres wurden bereits über tausend Primär- und Übersichtsartikel zu diesem Virus veröffentlicht. Laborlieferanten rationalisieren die Bestellungen für COVID-19-bezogene Reagenzien, und die Medien bieten kostenlosen Zugang zu COVID-19-Artikeln, z. B. in der Zeitschrift Science (https://www.sciencemag.org/). The Protein Data Bank, a resource for high resolution molecular structures solved by the scientific community, has seen over a hundred protein structures deposited, the first at the beginning of February [2]. Such research as well as past work on coronaviruses have led to the expedition of klinische Studien worldwide [3-5].  

Aus der Fülle der frei verfügbaren Daten habe ich das folgende Bild erstellt, um eine Momentaufnahme davon zu zeigen, wie SARS-CoV2 seinen Wirt infiziert. Die in diesem Bild dargestellten Proteinmoleküle stammen aus Molekularstrukturdaten, die von mehreren Forschungsgruppen zur Verfügung gestellt wurden [6-8]. Eine dieser Gruppen hat die Strukturen aller SARS-CoV2-Proteine und ihre Wechselwirkungen mit menschlichen Proteinzielen bereitgestellt (http://korkinlab.org/wuhan).

Während einer SARS-CoV-Infektion verschlingen die Wirtszellen entweder das Viruspartikel oder die Virusmembran verschmilzt direkt mit der Wirtsmembran [9,10]. Diese beiden Aktionen werden zunächst durch das virale Spike-Protein vermittelt, das an das Enzym auf der Wirtsoberfläche, das Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2), bindet. Wissenschaftler haben seit Februar nachgewiesen, dass ACE2 das Enzym ist, auf das SARS-CoV2 abzielt [11-14]. Sobald der Virusspike an ACE2 bindet, schneiden Wirtsenzyme, so genannte Proteasen, eine bestimmte Region des Virusspikes ab, so dass der Spike sich neu anordnen kann. Dadurch kann ein Teil des Spikes in die Wirtsmembran eindringen, so dass die Virusmembran mit ihr verschmilzt und ihr Genom in den Wirt extrudiert [15,16]. Das Virus kann auch in seinen Wirt eindringen, indem es in Vesikel eingeschlossen wird, in denen es dann sein Genom im Wirt ablagern kann [17,12]. Durch Eingriffe in einen der Schritte, die zum Eindringen von SARS-CoV2 führen, kann die Infektion gestoppt werden. Molekulare Strukturen von Virusproteinen spielen in der Arzneimittelforschung eine wichtige Rolle, da sie eine Art Landkarte des unbekannten Territoriums darstellen und Schlüsselregionen des Zielmoleküls offenbaren. 

Diese Arbeit ist nur einer von Hunderten von Artikeln, die von Wissenschaftszeitschriften unter Umgehung des Peer-Review-Verfahrens beschleunigt veröffentlicht wurden, um die Öffentlichkeit schneller zu erreichen. Die großen Fortschritte, die wir bei der Suche nach Lösungen für COVID-19 gemacht haben, wären nur mit der Hilfe vieler findiger und innovativer Menschen weltweit möglich gewesen. Wie Sie dazu beitragen können, entnehmen Sie bitte der nachstehenden Liste von Möglichkeiten.

Ich habe schon immer die eleganten Strukturen und Funktionen biologischer Moleküle geschätzt. Jetzt bin ich sehr dankbar für die Geschwindigkeit, mit der Wissenschaftler und die Öffentlichkeit weltweit ihre Energien für ein gemeinsames Ziel einsetzen. Es werden unsere gemeinsamen Anstrengungen sein, die uns durch diese Pandemie führen werden.

Links zu Ressourcen für Freiwilligenarbeit, Innovation und Spenden:

Freiwillige Tätigkeiten können die Unterstützung bei COVID-19-Diagnosen, die Überprüfung von Fakten und die Beseitigung von Fehlinformationen, die Lieferung medizinischer Reagenzien oder die Bereitstellung von persönlicher Schutzausrüstung umfassen. Diese Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und enthält Freiwilligeneinsätze vor allem in der Umgebung von Toronto, Kanada. 

• https://covid19resources.ca/ (Wissenschaftler für Diagnostik und andere laborbezogene und nicht-laborbezogene Aufgaben in Toronto, Kanada, gesucht)
• https://crowdfightcovid19.org/volunteers (researchers to assist in COVID-19 research projects such as transcribing data and bioinformatics)
• https://www.helpfulengineering.org/volunteer/ (Ingenieure zur Unterstützung bei verschiedenen technischen/nichttechnischen Aufgaben im Zusammenhang mit COVID-19)
• https://www.kaggle.com/allen-institute-for-ai/CORD-19-research-challenge (AI experts to contribute data mining tools and other expertise, awards available)
• https://www.coventchallenge.com/ (technische Experten für die Entwicklung von Beatmungsgeräten mit Unterstützung bei der Erstellung von Prototypen) 
• https://helpwithcovid.com/ (Suchmaschine, die Freiwillige mit verschiedenen Covid-19-Projekten verbindet)
• http://uhnopenlab.ca/project/hotline/ (Lieferung von Lebensmitteln und anderen lebensnotwendigen Gütern für bedürftige Senioren in Toronto, Kanada)
• https://masksfordocs.com/ (Spenden von Schutzmaterial für medizinisches Personal)
• https://www.conquercovid19.ca/ (Beschaffung von medizinischem Material für kanadische Ärzte und Krankenschwestern)

Benötigen Sie einen Experten, der Ihnen bei der Suche nach möglichen Lösungen für die COVID-19-Pandemie hilft? Holen Sie sich Hilfe bei der Überprüfung von Fakten, beim Schreiben und bei der Recherche zum Thema Coronavirus. Setzen Sie sich mit qualifizierten Wissenschaftlern auf Kolabtree in Verbindung. CORONAVIRUS-EXPERTEN ANZEIGEN

Referenzen:

1. Bedrohungen, I.o.M.U.F.o.M., Aus SARS lernen: Vorbereitung auf den nächsten Seuchenausbruch: Zusammenfassung des Workshops. 2004.
2. Jin, Z., et al., Struktur von Mpro aus dem COVID-19-Virus und Entdeckung seiner Hemmstoffe. bioRxiv, 2020: p. 2020.02.26.964882.
3. Jiang, S., Keine voreilige Einführung von COVID-19-Impfstoffen und -Medikamenten ohne ausreichende Sicherheitsgarantien, in Natur. 2020, Springer Nature Limited. S. 321.
4. Klinische NIH-Studie zum Impfstoff gegen COVID-19 beginnt. 2020, National Institutes of Health.
5. Eröffnungsansprache der WHO-Generaldirektorin auf der Medienkonferenz zu COVID-19 - 27. März 2020. 2020, Weltgesundheitsorganisation.
6. Cui, H., et al., Structural Genomik and interactomics of 2019 Wuhan novel coronavirus, 2019-nCoV, indicate evolutionary conserved functional regions of viral proteins. bioRxiv, 2020: p. 2020.02.10.942136.
7. Yan, R., et al., Strukturelle Grundlage für die Erkennung von SARS-CoV-2 durch humanes ACE2 in voller Länge. Wissenschaft, 2020. 367(6485): p. 1444-1448.
8. Song, W., et al., Kryo-EM-Struktur des Spike-Glykoproteins des SARS-Coronavirus im Komplex mit seinem Wirtszellrezeptor ACE2. PLoS Pathog, 2018. 14(8): p. e1007236.
9. Groneberg, D.A., R. Hilgenfeld, und P. Zabel, Molekulare Mechanismen des schweren akuten respiratorischen Syndroms (SARS). Respir Res, 2005. 6: p. 8.
10. Yang, Z.Y., et al, Der pH-abhängige Eintritt des Coronavirus des schweren akuten respiratorischen Syndroms wird durch das Spike-Glykoprotein vermittelt und durch den Transfer dendritischer Zellen über DC-SIGN verstärkt. J Virol, 2004. 78(11): p. 5642-50.
11. Zhou, P., et al., Ausbruch einer Lungenentzündung in Verbindung mit einem neuen Coronavirus, das wahrscheinlich von Fledermäusen stammt. Natur, 2020. 579(7798): p. 270-273.
12. Ou, X., et al., Charakterisierung des Spike-Glykoproteins von SARS-CoV-2 beim Viruseintritt und seine immunologische Kreuzreaktivität mit SARS-CoV. Nat Commun, 2020. 11(1): p. 1620.
13. Xiaowei Li, et al, Molekulare Immunpathogenese und Diagnose von COVID-19. Zeitschrift für pharmazeutische Analyse, 2020.
14. Meng, T., et al., Die Insertionssequenz in SARS-CoV-2 verstärkt die Spike-Protein-Spaltung durch TMPRSS. bioRxiv, 2020: p. 2020.02.08.926006.
15. Belouzard, S., V.C. Chu, und G.R. Whittaker, Aktivierung des Spike-Proteins des SARS-Coronavirus durch sequenzielle proteolytische Spaltung an zwei verschiedenen Stellen. Proc Natl Acad Sci U S A, 2009. 106(14): p. 5871-6.
16. Li, F., Struktur, Funktion und Evolution von Coronavirus-Spike-Proteinen. Annu Rev Virol, 2016. 3(1): p. 237-261.
17. Inoue, Y., et al., Clathrin-abhängiger Eintritt des Coronavirus des schweren akuten respiratorischen Syndroms in Zielzellen, die ACE2 exprimieren, bei dem der zytoplasmatische Schwanz entfernt wurde. J Virol, 2007. 81(16): p. 8722-9.