Φασματομετρία μάζας και ανάλυση της δομής των πρωτεϊνών γίνονται στο πλαίσιο ευρωπαϊκού πρότζεκτ
Υπεριώδη λέιζερ, φασματομετρία μάζας, δομές πρωτεϊνών, DNA, πλατφόρμες εμβολίων. Οι Ευρωπαίοι ερευνητές χρησιμοποιούν όλα τα «όπλα» στη μάχη ενάντια στον COVID-19. Μια ολοκληρωμένη έρευνα που συγκεντρώνει επιδημιολόγους, αλλά και φυσικούς, χημικούς, γενετιστές και ειδικούς σε θέματα πληροφορικής. Σύμφωνα με πολλούς από αυτούς θα έχουμε σύντομα αποτελέσματα. Για να δούμε με ποιον τρόπο.
Αμβούργο
Στο Αμβούργο, οι ερευνητές θέλουν να αποκαλύψουν την άγνωστη ακόμη δομή των πρωτεϊνών που επιτρέπουν στους κορονοϊούς, όπως είναι ο SARS-CoV-2 να πολλαπλασιαστούν γρήγορα μέσα στα ανθρώπινα κύτταρα. Όσο καλύτερα γνωρίζουν οι επιστήμονες τη φύση και τις ιδιότητες αυτών των πρωτεϊνών, τόσο πιο εύκολα θα μπορέσουν να φτάσουν σε θεραπείες ή εμβόλια. Το πρώτο βήμα είναι να παράγουν αυτές τις πρωτεΐνες σε άλλους τύπους κυττάρων. Είναι μια τεράστια πρόκληση γι' αυτούς:
«Οι πρωτεΐνες πρέπει να παραχθούν σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων. Για κάποιες δεν είναι εύκολο. Πάντα ενέχει δυσκολίες αυτό το εγχείρημα. Αυτές οι πρωτεΐνες γίνονται πάρα πολύ μεγάλες ή είναι τροποποιημένες. Γι' αυτό το λόγο πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ορισμένους τύπους κυττάρων για να τις πάρουμε και για να μπορέσουμε να τις μελετήσουμε. Ο ρόλος των πρωτεϊνών είναι ο πολλαπλασιασμός του ιικού γονιδιώματος. Και αν μάθουμε πώς λειτουργούν τα διαφορετικά συστατικά και πώς συντίθενται, τώρα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις γνώσεις μας αυτές για να αναπτύξουμε φάρμακα που μπορούν να σταματήσουν τις συγκεκριμένες πρωτεΐνες» αναφέρει ο Μπόρις Κρίχελ, ιολόγος στο Ινστιτούτο Χάινριχ Πέτε του Ινστιτούτου Πειραματικής Ιολογίας Λάιμπνιτζ.
Από τη στιγμή που παράγονται, οι πρωτεΐνες αναλύονται με τη βοήθεια της φασματομετρίας μάζας. Το αποτέλεσμα που προκύπτει χρησιμοποιείται για να αποκαλυφθεί η χημική ταυτότητα ή η δομή της συγκεκριμένης πρωτεΐνης:
«Για παράδειγμα, μπορώ να χρησιμοποιήσω το φασματόμετρο μάζας για να μετρήσουμε πρώτα την πρωτεΐνη και δεύτερον μια ουσία που πιθανώς συνδέεται με την πρωτεΐνη. Έτσι λοιπόν μετράω πρώτα την πρωτεΐνη μόνη της και μετά την πρωτεΐνη μαζί με την ουσία. Χρησιμοποιώντας το φασματόμετρο μάζας, μπορώ να δω, αν αυτές οι δύο συνδέονται και μπορώ να καταλάβω πόσο ισχυρός είναι αυτός ο δεσμός. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για παράδειγμα στον σχεδιασμό φαρμάκων ή στην ανάπτυξη φαρμάκων» εξηγεί η Κίρα Σιμόνι, μοριακή βιολόγος στο Ινστιτούτο Χάινριχ Πέτε του Ινστιτούτου Πειραματικής Ιολογίας Λάιμπνιτζ.
Αυτές οι πρωτεΐνες εξετάζονται συνήθως με ηλεκτρονική μικροσκοπία ή με κρυσταλλογραφία. Οι ερευνητές αναγνωρίζουν όμως ότι η φασματομετρία μάζας έχει τεράστια πλεονεκτήματα σε σχέση με τις άλλες δύο τεχνικές: _«Με την φασματομετρία μάζας μπορούμε να χαρτογραφήσουμε τις διαφορετικές καταστάσεις στην οποία υπάρχει ταυτόχρονα η πρωτεΐνη. Μπορούμε να δούμε αν έχει τροποποιηθεί και να μπορεί να περάσει και σε άλλες καταστάσεις, λόγω αυτής της τροποποίησης. Στο πλαίσιο αυτού του πρότζεκτ, προσπαθούμε αυτή την στιγμή να αναπτύξουμε την φασματομετρία μάζας που δεν συμπληρώνει μόνο την ηλεκτρονική μικροσκοπία ή τις άλλες βασικές τεχνικές που χρησιμοποιούμε, αλλά μπορεί να πετύχει αντίστοιχο επίπεδο λεπτομέρειας όσον αφορά στην ανάλυση» _τονίζει η Σαρλότε Έτρεχτ, δομικός ιολόγος και συντονίστρια του πρότζεκτ SPOCKS MS.
Η Κίρα Σιμόνι, μοριακή βιολόγος στο Ινστιτούτο Χάινριχ Πέτε του Ινστιτούτου Πειραματικής Ιολογίας Λάιμπνιτζ συμπληρώνει: «Μπορεί να χρησιμοποιήσω το φασματόμετρο μάζας για να μετρήσω την φυσική κατάσταση της πρωτεΐνης. Για παράδειγμα μπορούμε να μετρήσω τη δυναμική της πρωτεΐνης. Δεν μπορώ να το κάνω με άλλες μεθόδους της δομικής βιολογίας».
Οι επιστήμονες του πρότζεκτ SPOCKS MS (Sampling Protein cOmplex Conformational Space with native top down Mass Spectrometry) του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας άρχισαν τις μελέτες τους για τη δομή της πρωτεΐνης του κορονοϊού και την φασματομετρία μάζας το 2018. Η έρευνά τους είναι σήμερα ιδιαίτερα χρήσιμη για να καταλάβουμε καλύτερα πώς πολλαπλασιάζεται ο SARS-CoV-2 και για να δημιουργήσουμε τα σωστά φαρμακευτικά όπλα αντιμετώπισης της πανδημίας: «Οι κορονοϊοί είναι μια τεράστια πρόκληση λόγω του μεγέθους του γενετικού τους υλικού. Ξεκινήσαμε το πρότζεκτ με τους κορονοϊούς SARS και τους σχετικούς με αυτούς και τώρα το επεκτείναμε στον SARS-CoV-2. Οι δύο ιοί, ο SARS-CoV and SARS-CoV-2 έχουν μεγάλες ομοιότητες. Άρα οι προκλήσεις είναι οι ίδιες» επισημαίνει η Σαρλότε Έτρεχτ, δομικός ιολόγος και συντονίστρια του πρότζεκτ SPOCKS MS.
Σόφια
Το πρότζεκτ είναι ένα από τα δεκάδες που υποστηρίζονται από την Ε.Ε. στις πολλαπλές πρωτοβουλίες που υλοποιούνται και έχουν ως στόχο τον έλεγχο της πανδημίας.
Περιλαμβάνουν ερευνητικά προγράμματα ανάπτυξης νέων εμβολίων, θεραπείες και διαγνωστικούς ελέγχους. Αποσκοπούν στον συνδυασμό εφαρμοσμένων αποτελεσμάτων και πρωτότυπης έρευνας, όπως επισημαίνει η Μαρίγια Γκάμπριελ, η Ευρωπαία Επίτροπος για την Έρευνα και την Καινοτομία:
_«Η Ευρώπη αντιπροσωπεύει το 7% του Παγκόσμιου Πληθυσμού το 20% των παγκόσμιων επενδύσεων σε έρευνα και καινοτομία και το 21% των επιστημονικών δημοσιεύσεων υψηλού επιπέδου. Πρέπει να συνεχίσουμε να βοηθούμε το έργο του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας, να διατηρήσουμε την δυνατότητα να έχουμε αυτή την έρευνα, που προκαλεί η περιέργεια. Μια έρευνα που μας οδηγεί στο όριο των γνώσεων που έχουμε και θα μας βοηθήσει να προλάβουμε αυτά που έπονται. _
Έχουμε δύο βασικές προκλήσεις. Η πρώτη είναι να συνεχίσουμε να επενδύουμε μαζικά στην έρευνα και την καινοτομία, καθώς η σημερινή κρίση μας αποκάλυψε τη σημασία τους, εάν θέλουμε να προσφέρουμε λύσεις που θα επιτρέψουν στις οικονομίες και τις κοινωνίες μας να είναι καλύτερα προετοιμασμένες για την επόμενη κρίση. Η δεύτερη πρόκληση έχει να κάνει με την συνεργασία και τον συντονισμό. Και το γνωρίζουμε όλοι πολύ καλά ότι ο ιός δεν έχει σύνορα. Είναι σημαντικό να συνεχίσουμε να επικεντρωνόμαστε στο να έχουμε διεθνή συνεργασία και παγκόσμιο συντονισμό για να μπορούμε να πούμε ότι, υπό την καθοδήγηση της Ε.Ε., εργαζόμαστε για όλο τον πλανήτη».
Αυτή είναι η πραγματικότητα που πρέπει να διαχειριστεί το πρόγραμμα πλαίσιο «Horizon Europe» για την έρευνα και την καινοτομία. Αναμένεται να ξεκινήσει και να αναπτυχθεί σε ένα ιδιαίτερα δύσκολο και μεταβαλλόμενο περιβάλλον.
Αμβούργο
Επιστρέφουμε στο Αμβούργο. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η τεχνική τους δεν περιορίζεται μόνο στους ιούς ή τους κορονοϊούς. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οποιοδήποτε σύνολο βιολογικών πρωτεϊνών. Αυτή είναι η ομορφιά της έρευνας:
«Εάν σκεφτούμε μια μηχανή, για παράδειγμα ένα αυτοκίνητο, εάν το δούμε μόνο απέξω ή απλά το ακούσουμε, τότε δεν θα μάθουμε πώς λειτουργεί. Για να το πετύχουμε, πρέπει να εξετάσουμε εξονυχιστικά τη μηχανή του, να τη δούμε κατά τη διάρκεια της λειτουργίας της, ακόμη και να την αποσυναρμολογήσουμε για να δούμε τη λειτουργικότητα των ξεχωριστών εξαρτημάτων. Αυτό ακριβώς κάνει η δομική βιολογία: παρακολουθεί τις διαφορετικές πρωτεΐνες ή τις ενότητές τους για να κατανοήσει πως λειτουργεί όλο το μηχάνημα» αναφέρει η Σαρλότε Έτρεχτ.
Οι επιστήμονες είναι ευχαριστημένοι με τις τεχνικές που έχουν αναπτύξει μέχρι σήμερα, αλλά ξέρουν επίσης ότι χρειάζεται πολλή ακόμη δουλειά για να ξεπεράσουν τα όρια που θέτει η σύγχρονη τεχνολογία. Το συγκεκριμένο πρότζεκτ θα διαρκέσει μέχρι τα τέλη του 2022.