No início de uma infeção covid-19, o coronavírus SARS-CoV-2 fica ancorado na superfície das células humanas usando proteínas espinhosas. Esta proteína está no centro do desenvolvimento de vacinas porque desencadeia uma resposta imune em humanos. Um grupo de cientistas alemães, incluindo membros da EMBL em Heidelberg, o Instituto Max Planck de Biofísica, o Instituto Paul Ehrlich e a Universidade Goethe Frankfurt, estudaram a estrutura superficial do vírus para obter insights que podem ser usados para o desenvolvimento de vacinas e terapêuticas eficazes para o tratamento de pacientes infetados.

A equipa combinou tomografia crio-elétron, média de subtomogramas e simulações de dinâmica molecular para analisar a estrutura molecular da proteína de pico em seu ambiente natural, vírus intactos e com resolução quase atômica. Com a ajuda do sistema de imagens de microscopia crio-elétron da emBL, foram produzidos 266 criotomogramas de cerca de 1000 vírus diferentes, cada um deles carrega uma média de 40 proteínas de pico na sua superfície. A média do subtomograma e o processamento de imagens, combinados com simulações de dinâmica molecular, finalmente forneceram novas informações estruturais importantes sobre essas espinhas.

Os resultados foram surpreendentes: os dados mostraram que a parte esférica da proteína do pico, que contém a região de ligação recetora e o maquinário necessário para fusão com a célula alvo, está conectada a uma haste flexível. "A parte superior esférica da proteína do pico tem uma estrutura bem reproduzida por proteínas recombinantes usadas para o desenvolvimento de vacinas", explica Martin Beck, líder do grupo na EMBL e diretor do Instituto Max Planck (MPI) para biofísica.

"Esperava-se que a haste fosse bastante rígida", acrescenta Gerhard Hummer, do MPI de Biofísica e do Instituto de Biofísica da Universidade Goethe de Frankfurt. "Mas nos nossos modelos de computador e nas imagens reais, descobrimos que as hastes são extremamente flexíveis. Ao combinar simulações de dinâmica molecular com tomografia crio-elétron, a equipa de investigação identificou as três articulações – quadris, joelhos e tornozelos – que dão flexibilidade ao caule. "Como um balão em uma corda, as hastes parecem mover-se sobre a superfície do vírus, permitindo que eles procurem o recetor para acoplar à célula alvo", explica Jacomine Krijnse Locker, líder do grupo no Instituto Paul Ehrlich. Para prevenir infeções, essas espinhas são atacadas por anticorpos. Mas as imagens e modelos também mostraram que toda a proteína do pico, incluindo o caule, está coberta com cadeias de glicanos - moléculas semelhantes ao açúcar. Essas cadeias formam uma espécie de manto protetor que esconde as espinhas de anticorpos neutralizantes: outro importante achado no caminho para vacinas e fármacos eficazes.