Co wiemy o wirusie O'nyong-nyong? Jeszcze niewiele, ale badania prowadzone pod kierownictwem dr. hab. inż. Marcina Sieńczyka z Wydziału Chemicznego na pewno rzucą nowe światło na biologię wirusa. Pozwolą także zaprojektować związki hamujące jego namnażanie

– Ten wirus jest praktycznie niezbadany. Dotychczasową wiedzę czerpiemy poprzez analogię do  innych wirusów należących do tej samej rodziny, czyli togawirusów – mówi dr Marcin Sieńczyk, który dostał grant Narodowego Centrum Nauki, finansujący badania nad wirusem O'nyong-nyong. – Zajmujemy się tym tematem, ponieważ istnieje realne zagrożenie epidemią, być może także w Europie, a na chwilę obecną nie dysponujemy żadnym lekarstwem czy szczepionką – dodaje.

Ostatni moment przed epidemią

Naukowiec wyjaśnia, że wirus po raz pierwszy został wyizolowany w Ugandzie w 1959 roku. Przenoszony jest przez komary (Anopheles sp.) i charakteryzuje się wysoką zachorowalnością. Jego rozprzestrzenianie się przebiega bardzo szybko – 2-3 km na dobę. Największą epidemię zanotowano w latach 1959-1962, kiedy zainfekowanych zostało ponad 2 miliony ludzi. Była to także największa z odnotowanych dotychczas epidemii wywołanych przez arbowirusy (wirusy przenoszone przez stawonogi, m.in. kleszcze czy komary). Choroba trwa kilka dni i przechodzi samoistnie. leczona jest jedynie objawowo. – Sama nazwa „O'nyong-nyong” w afrykańskim dialekcie oznacza ogromny ból stawów – tłumaczy dr Sieńczyk. Warto dodać, iż ból jest tak silny, że unieruchamia ludzi i wyłącza z jakiejkolwiek aktywności na kilka dni. Wirus pojawia się okresowo, około co 30 lat. – Skoro mieliśmy wybuch epidemii w latach 60., potem w 90., to należy spodziewać się, że wkrótce czeka nas kolejna. A nie jesteśmy do tego w ogóle przygotowani. To jest ostatni moment, żeby dokładnie poznać samego wirusa, jak i opracować narzędzia do walki z nim  – uważa naukowiec z W3. Dotychczas jeden potwierdzony przypadek wystąpienia O'nyong-nyong został odnotowany w Niemczech.

Dr Marcin Sieńczyk tłumaczy, że kiedyś wirusy z Afryki nie były tak groźne dla Europejczyków jak obecnie. Jedną z przyczyn pojawiania się nowych zagrożeń poza rejonami endemicznymi dla niektórych wirusów jest bardzo rozwinięta turystyka i związane z nią przenoszenie chorób między ludźmi. Istotnym czynnikiem są także lokalne zmiany klimatu. – Naturalne granice geograficzne wstępowania niektórych wirusów, jak np. pasma górskie, nie stanowią już bariery nie do pokonania przez przenoszące je komary. Czego przykładem może być, wędrujący coraz bardziej na północ Europy, Wirus Zachodniego Nilu – mówi chemik z PWr. Dodaje, że dla migracji wirusów granice geograficzne powoli przestają mieć kluczowe znaczenie.

Skuteczne zablokowanie "linii produkcyjnej"

Efektem projektu badawczego, nadzorowanego przez dra Marcina Sieńczyka, ma być m.in. zaprojektowanie związków, który hamowałby zdolność namnażania się wirusa, a tym samym ograniczyłyby jego potencjał infekcyjny. Jest to wieloetapowy i skompilowany proces, do którego dołączyli partnerzy z innych ośrodków naukowych – biochemik prof. Adam Lesner z Uniwersytetu Gdańskiego oraz wirusolog prof. Krzysztof Pyrć z Uniwersytetu Jagiellońskiego.

W pierwszym etapie naukowcy skupią się na otrzymaniu wirusowego enzymu. – W momencie gdy wirus dostaje się do naszej komórki, wpuszcza do środka swój materiał genetyczny RNA. Na podstawie informacji zawartej w wirusowym RNA powstaje duże białko - poliproteina, która składa się z wielu podjednostek pełniących różne funkcje. Jednak zanim mogą one wziąć udział w namnażaniu wirusa, muszą zostać „wycięte” z poliproteiny przez specyficzne enzymy (zarówno enzymy wirusowe, jak i ludzkie). Dopiero teraz kopiowaniu ulega wirusowe RNA oraz produkowane, obrabiane i składane są elementy otoczki wirusowej, a na końcu powstaje nowy wirus zdolny do infekcji kolejnych komórek. To jest jak taka mała fabryka – po ustawieniu linii produkcja idzie pełną parą. Jednym z najbardziej interesujących białek, które bierze udział w formowaniu otoczki wirusa, jest proteaza CP. Enzym ten zdolny jest do odcięcia fragmentu samego siebie i choć paradoksalnie cena, jaką za to płaci, jest jego autoinaktywacja, to dopiero w takiej formie zaczyna on budować kaspyd wirusa, czyli specjalną otoczkę, do środka której wnika kopia wirusowego RNA – wyjaśnia dr Sieńczyk. Naukowcy chcą zablokować ten enzym tak, żeby nie był w stanie sam siebie przekształcić, czyli rozpocząć proces budowania nukleokapsydu.

Muszą jednak najpierw otrzymać enzym w warunkach laboratoryjnych i zbadać jego właściwości. Znana jest sekwencja białka, można więc stworzyć różne jego mutacje. Otrzymanie wielu wariantów enzymu jest niezbędne, bo na chwilę obecną tajemnicą pozostaje, jakie jego formy będą najbardziej użyteczne w dalszych badaniach. Ta część projektu będzie realizowana w Małopolskim Centrum Biotechnologii. Następnie określona zostanie specyficzność substratowa proteazy, co przybliży badaczy do podejrzenia sposobu jej „komunikacji” z substratami. Pozwoli  to także wstępnie ocenić, z jakimi związkami chemicznymi będzie potencjalnie oddziaływał i wchodził z nimi w reakcje. –  Za ten etap odpowiada Uniwersytet Gdański, a dokładnie zespół prof. Lesnera, który technologią  mapowania substratowego enzymów zajmuje się od lat – wyjaśnia dr Sieńczyk.

Badania na komórkach

Kolejnym etapem, realizowanym na Politechnice Wrocławskiej, będzie projektowanie i synteza konkretnych związków, analiza zależności pomiędzy ich strukturą a aktywnością. Wykorzystane zostaną także m.in. metody modelowania molekularnego i zaawansowanych narzędzi obliczeniowych.

– Uzyskamy prawdopodobnie kilka tysięcy wyników w formie tzw. bibliotek związków. Pozwoli nam to zawęzić pole poszukiwań do kilku, kilkunastu najaktywniejszych, które posłużą jako struktury wiodące do dalszych optymalizacji. I tak aż do skutku, aż otrzymamy najsilniejszy i najbardziej specyficzny inhibitor. Równolegle prowadzone będą badania biologiczne, m.in. z wykorzystaniem komórek zainfekowanych wirusem O’nyong-nyong – opowiada naukowiec z PWr .

Za ten etap badań odpowiada Małopolskie Centrum Biotechnologii pod kierownictwem profesora Krzysztofa Pyrcia. To laboratorium, które posiada nie tylko wszelkie narzędzia do pracy z najniebezpieczniejszymi wirusami, ale też ogromne doświadczenie w tej kwestii. Tam będzie sprawdzany wpływ związków na replikację wirusa w komórkach.

– Komórki po infekcji żywym wirusem traktuje się inhibitorami, a następnie określa się ich zdolność do hamowania replikacji wirusa czy zdolność infekowania kolejnych komórek. Jest to kluczowa weryfikacja, czy to, co zaprojektowaliśmy w laboratorium i wykazało aktywność wobec czystego enzymu, działa na poziomie zainfekowanej komórki – mówi dr Sieńczyk.  Istotne jest m.in. określenie przenikalności związków przez błonę komórkową. Może się okazać, że związki będą świetnie działać w przysłowiowej probówce, ale nie chcą w żaden sposób wejść do komórki.  – Są to jednak problemy, z którymi wiemy, jak sobie poradzić. Znamy sposoby na „zmuszenie” związku, żeby wszedł do komórki – dodaje.

Choć jest to już poza zakresem projektu, docelowo kilka wyselekcjonowanych związków ma szansę wejść do fazy badań in vivo. Wtedy badacze sprawdzą, jaka jest toksyczność związków, jak zwierzę na nie reaguje oraz jaka jest ich skuteczność.

Na realizację trzyletniego projektu „Proteaza CP wirusa O'nyong-nyong: profilowanie substratowe, projektowanie i synteza inhibitorów oraz sond molekularnych wraz z ich analizą biochemiczną” dr Marcin Sieńczyk otrzymał z NCN ponad 2 miliony złotych. – To kwota, która pozwoli nam zatrudnić wysokiej klasy specjalistów, prowadzić prace na najwyższym poziomie naukowym z wykorzystaniem nowoczesnego sprzętu – mówi koordynator projektu.

Nasi naukowcy mają duże doświadczenie w badaniu właściwości chemicznych wirusów. Zajmowali się już m.in. wirusami: żółtaczki typu C (otrzymany związek jest gotowy do badań przedklinicznych), Zachodniego Nilu, wirusem opryszczki i ostatnio wirusem Zika.