p Os raios X permitem aos pesquisadores mapear a estrutura 3-D de proteínas relevantes para doenças na escala de moléculas e átomos, e a instalação de raios-X de fonte de luz avançada (ALS) do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) foi chamada para ação de apoio à pesquisa relacionada ao COVID-19, a doença coronavírus que já infectou cerca de 2 milhões de pessoas em todo o mundo. p Uma pequena equipe de funcionários do ALS, que produz feixes de raios-X e outros tipos de luz para apoiar uma ampla variedade de experimentos para pesquisadores de todo o mundo, em 31 de março lançou vários experimentos para outros cientistas que controlavam o trabalho remotamente.

p Neste momento, apenas experimentos relacionados ao COVID-19 aprovados são permitidos no ALS - a maioria dos funcionários e experimentos do ALS e do Laboratório de Berkeley foram postos de lado por causa de ordens de abrigo no local que se destinam a limitar a propagação do vírus.

p Um pequeno grupo de funcionários ALS que executam o acelerador e garantem operações seguras tem apoiado o trabalho no local desde que os experimentos foram retomados.

p Os experimentos ALS especialmente aprovados - que foram autorizados pela liderança do Berkeley Lab - foram realizados até agora por cientistas trabalhando em locais experimentais separados, conhecidas como linhas de luz, na instalação de ALS, a fim de manter o distanciamento social. Adicionalmente, os trabalhadores locais estão tomando precauções extras de segurança, como higienizar regularmente o equipamento.

p Nenhum dos trabalhos envolve qualquer amostra viva do vírus SARS-CoV-2 que causa COVID-19. As amostras incluem proteínas virais cristalizadas que não podem causar infecção. Amostras adicionais a serem analisadas incluem proteínas da célula hospedeira necessárias para a infecção pelo vírus.

p "Todos com quem conversei estão adotando uma abordagem de 'tudo', "disse Jay Nix, um participante dos novos experimentos que é o diretor da linha de luz do Consórcio de Biologia Molecular, que apóia e opera uma linha de luz no ALS (Beamline 4.2.2) e é afiliada e parceira do laboratório.

p "Cada ideia está sobre a mesa, "Nix disse, incluindo explorações da forma e função das proteínas pontiagudas saindo do vírus COVID-19 nas imagens coloridas agora onipresentes exibidas em sites e artigos de notícias relacionados ao COVID-19.

p Os estudos estruturais podem levar a drogas que visam e atacam o vírus, deixando outros sistemas vitais intactos, por exemplo, ou que pode melhorar as defesas do corpo contra o vírus.

p “Existem proteínas que compõem a estrutura do vírus e um grande número de outras, proteínas não estruturais que auxiliam no ciclo de infecção do vírus, "disse Marc Allaire, um cientista de linha de luz da ALS que oferece suporte a várias linhas de luz operadas pelo Berkeley Center for Structural Biology. O centro recebe apoio dos membros participantes para este trabalho, incluindo de um grande grupo de empresas farmacêuticas nos EUA e internacionalmente.

p O centro faz parte da divisão de Biofísica Molecular e Bioimagem Integrada (MBIB), que está conectado a todas as linhas de luz e equipe participando do lote inicial de experimentos relacionados ao COVID-19 aprovados.

p Os primeiros experimentos desde o reinício do ALS usaram três linhas de luz ALS (linhas de luz 4.2.2, 5.0.1, e 5.0.2) que são todos especializados em cristalografia macromolecular, uma técnica para aprender a estrutura 3-D das proteínas, vírus, e outras amostras por meio de raios X em suas formas cristalizadas.

p A luz dos raios X que atinge os cristais produzem padrões que os computadores processam em reconstruções 3-D das amostras.

p "Estou satisfeito que o ALS possa contribuir para este importante trabalho e disponibilizar suas ferramentas para a comunidade de pesquisa em biociências, "disse o diretor da ALS, Steve Kevan." Pessoalmente, gostaria de agradecer aos cientistas da linha de luz e à equipe de operações por trabalharem juntos para fazer isso acontecer em circunstâncias muito difíceis. "

p O diretor do MBIB, Paul Adams, disse:"É uma prova da importância do ALS para este tipo de pesquisa biomédica que tantos grupos tenham solicitado acesso para ajudar em seus esforços para abordar o COVID-19. As linhas de luz usadas para o trabalho de cristalografia desenvolveram uma capacidade de 'resposta rápida' vários anos atrás, com acesso remoto e coleta e análise automatizada de dados, e, portanto, estavam prontos para começar a trabalhar quando a crise ocorresse. "

p O trabalho que foi aprovado no ALS inclui experimentos proprietários de várias empresas farmacêuticas:Novartis, sediada na Suíça, que tem um escritório em Emeryville, Califórnia; Vir Biotechnology, com sede em São Francisco; e IniXium, com sede no Canadá, uma organização de pesquisa de contrato de descoberta de drogas que atende à indústria de biotecnologia dos EUA.

p Também no primeiro lote estão os experimentos de cristalografia por um grupo de pesquisadores do laboratório de David Veesler, professor associado da Universidade de Washington. Essa equipe está se concentrando nas proteínas espinhosas na superfície do vírus COVID-19, que o vírus usa para se ligar e entrar nas células hospedeiras, e como neutralizá-los.

p Outra equipe, liderado por Daved Fremont, um professor da Washington University em Saint Louis, estará enviando amostras cristalizadas para o ALS, assim como uma equipe liderada por James Hurley, a cadeira Judy C. Webb e professora de bioquímica, biofísica, e biologia estrutural na UC Berkeley.

p Hurley disse que três biólogos estruturais em seu laboratório estão trabalhando na pesquisa do COVID-19:Tom Flower, Cosmo Buffalo, e Snow Ren. Os pesquisadores "têm uma enorme experiência com cristalografia de raios-X e microscopia crioeletrônica, "outra técnica para explorar amostras biológicas, ele disse.

p “Eles começaram a trabalhar em vários projetos para caracterizar as estruturas envolvidas na replicação do vírus, com ênfase na compreensão de como as proteínas virais interagem com as proteínas e membranas do hospedeiro, e na aplicação rápida desta informação para a descoberta de medicamentos antivirais em colaboração com outros no campus, " ele adicionou.

p Durante a pandemia de AIDS da década de 1980, Hurley mudou os campos da física para a biologia estrutural. "Eu vi como a biologia estrutural ajudou de forma fundamental na criação dos antivirais para HIV que tornaram a AIDS uma doença tratável em vez de uma sentença de morte. Essa experiência me dá uma perspectiva de como a biologia estrutural pode ajudar na criação de novos antivirais, " ele disse.

p Uma equipe liderada por Natalie Strynadka, um professor de bioquímica da University of British Columbia, no Canadá, também deverá enviar amostras de cristal para experimentos de ALS. Strynadka disse que seu laboratório está colaborando com uma equipe em Vancouver, Canadá, para identificar pequenos inibidores moleculares que retardam a principal protease viral de COVID-19 (MPro), uma enzima que quebra as proteínas em formas menores.

p Em trabalhos relacionados, seu laboratório está trabalhando com a Venatorx Pharmaceuticals, da Pensilvânia, e uma equipe liderada por David Baker, da Universidade de Washington, para identificar inibidores de MPro. "Entender onde e como esses inibidores se ligam a MPro usando cristalografia de raios-X será fundamental para orientar o desenvolvimento futuro, " ela disse.

p Ralf Bartenschlager, virologista e professor da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, estará enviando amostras de células infectadas com COVID-19, tornado inativo, para estudo usando uma técnica conhecida como tomografia de raios-X suave. Neste esforço colaborativo, o objetivo é desvendar como a infecção pelo vírus SARS-CoV-2 altera a estrutura e organização das células infectadas, com o objetivo de longo prazo de identificar alvos virais e celulares perturbados pela infecção que são adequados para terapia antiviral. O experimento será supervisionado por Carolyn Larabell do laboratório, também professor da UC San Francisco e diretor do National Center for X-ray Tomography, que desenvolve tecnologias de imagem para pesquisas biológicas e biomédicas.

p O ALS também está pedindo à comunidade de pesquisa para apresentar outras propostas para experimentos relacionados ao COVID-19, Nix disse.

p A liderança da ALS e do Berkeley Lab está considerando a possibilidade de abrir recursos adicionais de raios-X, como espalhamento de raios-X de pequeno ângulo (SAXS) e espalhamento de raios-X de grande ângulo, que permite a caracterização em alta velocidade de amostras biológicas que podem estar em uma forma mais natural do que algumas outras técnicas permitem.

p Greg Hura, um cientista pesquisador MBIB e professor adjunto associado da UC Santa Cruz que opera o SIBYLS (Biologia Estruturalmente Integrada para Ciências da Vida) Beamline 12.3.1 no ALS que conduz experimentos SAXS, disse, "SIBYLS também pode desempenhar um papel em um consórcio de laboratórios multi-técnica e multinacional para visualizar as fraquezas potenciais do vírus COVID-19, e ajudar a desenvolver novos diagnósticos. "

p Ele adicionou, "Os genomas virais (sequências de DNA) são pequenos, mas as grandes moléculas que eles codificam são transformadores que podem adotar muitas funções em diferentes contextos. e pode identificar os estados que são mais adequados para visualizá-los em alta resolução. "

p Nix observou que o Beamline 4.2.2, que ele opera, e algumas outras linhas de luz no ALS usam sistemas robóticos de entrega de amostras para que, uma vez que sejam preenchidos com as amostras, experimentos podem operar amplamente via controle remoto.

p "Não tenho um usuário no local há mais de 5 anos, " ele disse.

p Foi preciso um esforço de equipe, de gerentes e equipe de ALS à liderança do Berkeley Lab, para fazer a pesquisa relacionada ao COVID-19 acontecer, Nix notou. "Eles estavam trabalhando, mesmo antes de as 'luzes se apagarem, 'no laboratório, para ver o que poderíamos fazer. "

p Ele também observou que uma variedade de fontes de financiamento de pesquisa estão tornando esse trabalho possível. “É público, privado, e o apoio do governo se unindo, o que é muito bom de ver, " ele disse.