Cơ chế có thể giúp ngăn ngừa nhiễm vi rút cúm A và Ebola

Trong trường hợp cúm A, họ có thể xác định cách hệ thống miễn dịch chống lại vi-rút bằng cách sử dụng một loại protein nhỏ. Đối với virus Ebola, họ phát hiện ra rằng một cấu trúc protein cụ thể phải được tháo rời để lây nhiễm. Cái gọi là lỗ hợp nhất, qua đó bộ gen của virus được giải phóng vào tế bào chủ, đóng vai trò trung tâm trong các quá trình này. Nếu chúng có thể được ngăn chặn hình thành, virus cũng bị chặn. Các nhà khoa học Heidelberg mô tả các cơ chế chưa biết trước đây, có thể dẫn đến các phương pháp mới để ngăn ngừa nhiễm trùng.

Nhiều loại virus lây nhiễm sang người được bao phủ bởi một lớp màng lipid có glycoprotein có thể gắn vào tế bào người. Ở những loại vi-rút như cúm A, xâm nhập qua đường hô hấp, đây là những protein tăng đột biến chủ yếu liên kết với các tế bào biểu mô ở mũi và phổi. Ngược lại, vi-rút Ebola có khả năng lây nhiễm cao lây lan qua tiếp xúc trực tiếp với chất dịch cơ thể bị nhiễm bệnh và có thể xâm nhập vào nhiều loại tế bào. Sau khi xâm nhập tế bào người, những virus này phải mở một lỗ hợp nhất giữa màng virus và màng vật chủ để giải phóng bộ gen của chúng vào tế bào chủ và nhân lên.

Để chống lại vi-rút, hệ thống miễn dịch của con người cố gắng ngăn chặn sự hình thành lỗ nhiệt hạch trong một quy trình gồm nhiều giai đoạn. Các tế bào bị nhiễm cảm nhận được sự hiện diện của bộ gen ngoại lai và gửi tín hiệu, dưới dạng phân tử interferon, đến các tế bào chưa bị nhiễm. Tín hiệu này kích hoạt các tế bào không bị nhiễm bệnh tạo ra một loại protein tế bào nhỏ gọi là protein xuyên màng do interferon gây ra 3 (IFITM3). Tiến sĩ Petr Chlanda, nhà virus học thuộc Trung tâm BioQuant của Đại học Heidelberg cho biết: “Loại protein chuyên biệt này có thể ngăn chặn hiệu quả các loại vi rút như cúm A, SARS-CoV-2 và Ebola xâm nhập, nhưng cơ chế cơ bản vẫn chưa được biết”. Trung tâm Nghiên cứu Bệnh truyền nhiễm Tích hợp của Bệnh viện Đại học Heidelberg. Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã có thể chứng minh rằng đối với vi-rút cúm A, IFITM3 sắp xếp cục bộ các lipit trong màng một cách có chọn lọc. Điều này ngăn không cho các lỗ nhiệt hạch hình thành. Tiến sĩ Chlanda giải thích: "Các vi-rút thực sự bị bắt giữ trong một cái bẫy lipid. Nghiên cứu của chúng tôi chỉ ra rằng chúng cuối cùng sẽ bị tiêu diệt".

Để phân tích chi tiết cấu trúc của virus, Tiến sĩ Chlanda và nhóm của ông đã tận dụng thiết bị từ Mạng Kính hiển vi Điện tử Cryo tại Ruperto Carola. Bằng cách tiếp cận liên ngành, các nhóm nghiên cứu do Giáo sư Tiến sĩ Ulrich Schwarz của Trung tâm BioQuant và Viện Vật lý Lý thuyết đứng đầu cùng với Giáo sư Tiến sĩ Walter Nickel của Trung tâm Hóa sinh Đại học Heidelberg đã dự đoán quá trình này với sự trợ giúp của mô phỏng máy tính. Trong bối cảnh điều trị bằng thuốc kháng vi-rút, các nhà nghiên cứu tin rằng có thể phát triển các peptide phân loại lipid tự chèn vào màng vi-rút, khiến vi-rút không có khả năng hợp nhất màng. Petr Chlanda nói: “Những peptide như vậy có thể được sử dụng trong thuốc xịt mũi chẳng hạn.

Trong một nghiên cứu thứ hai, các nhà nghiên cứu của Heidelberg đã điều tra sự xâm nhập và hợp nhất của vi rút Ebola. Hình thái dạng sợi của vi-rút được xác định bởi một lớp vỏ protein linh hoạt được gọi là lớp protein ma trận VP40. Tiến sĩ Chlanda cho biết: “Chúng tôi luôn thắc mắc làm thế nào loại virus dài này có thể xâm nhập vào tế bào, hợp nhất với màng và giải phóng bộ gen của nó”. Sử dụng phân tích cấu trúc của các tế bào bị nhiễm bệnh nhưng không hoạt động do các cộng tác viên từ Viện Friedrich Loeffler ở Greifswald cung cấp, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng lớp vỏ protein của virus này bị phân hủy ở độ pH thấp, tức là trong môi trường axit. Bước này không kém phần quyết định đối với sự hình thành các lỗ nhiệt hạch, như các mô phỏng máy tính tiếp theo của Giáo sư Schwarz và Giáo sư Nickel đã chỉ ra. Trong suốt quá trình này, các tương tác tĩnh điện của ma trận VP40 với màng bị suy yếu, do đó làm giảm hàng rào năng lượng hình thành lỗ rỗng. Kết quả của nghiên cứu cơ bản Heidelberg cho thấy rằng việc ngăn chặn quá trình tháo rời của lớp này sẽ là một cách để duy trì vi-rút Ebola ở trạng thái không cho phép hình thành lỗ chân lông hợp nhất. Tương tự như vi-rút cúm A, vi-rút Ebola sau đó sẽ bị dụ vào một cái bẫy mà nó không thể thoát ra được.

Các nghiên cứu này là một phần của Trung tâm nghiên cứu hợp tác "Phân tích tích hợp về sự nhân lên và lây lan của mầm bệnh" (CRC 1129) do Quỹ nghiên cứu Đức tài trợ. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên cả "Cell Host & Microbe" cũng như Tạp chí EMBO .