Coronavírus como o que causa COVID-19 são cravejados com "picos" de proteínas que se ligam a receptores nas células de suas vítimas - a primeira etapa da infecção. Agora os cientistas fizeram as primeiras imagens detalhadas desses picos em seu estado natural, ainda ligado ao vírus e sem o uso de fixadores químicos que possam distorcer sua forma.

Eles dizem seu método, que combina microscopia eletrônica criogênica (crio-EM) e computação, deve produzir instantâneos mais rápidos e realistas do aparato de infecção em várias cepas de coronavírus, uma etapa crítica na concepção de medicamentos e vacinas terapêuticas.

"A vantagem de fazer isso dessa maneira é que, quando você purifica uma proteína spike e a estuda isoladamente, você perde um contexto biológico importante:como isso se parece em uma partícula de vírus intacta? Pode haver uma estrutura diferente lá, "disse Wah Chiu, professor do SLAC National Accelerator Laboratory do DOE e da Universidade de Stanford e autor sênior do estudo. Eles descreveram seus resultados em Resenhas trimestrais Biophysics Discovery .

Sabe-se que sete cepas de coronavírus infectam humanos. Quatro causam doenças relativamente leves; os outros três - incluindo SARS-CoV-2, o vírus que causa COVID-19 - pode ser mortal, disse o co-autor Jing Jin, um especialista em biologia molecular de vírus no Vitalant Research Institute em San Francisco. Cientistas da Vitalant procuram vírus em amostras de sangue e fezes de humanos e animais, examinar amostras de sangue durante surtos, como a atual pandemia, e estudar as interações entre os vírus e seus hospedeiros.

O vírus que causa COVID-19 é tão virulento que existem apenas alguns laboratórios crio-EM no mundo que podem estudá-lo com um nível alto o suficiente de controles de biossegurança, Jin disse. Então, para este estudo, a equipe de pesquisa analisou uma cepa de coronavírus muito mais suave chamada NL63, que causa sintomas de resfriado comum e é responsável por cerca de 10% das doenças respiratórias humanas a cada ano. Acredita-se que ele se ligue aos mesmos receptores nas superfícies das células humanas que o vírus COVID-19.

Em vez de remover e purificar quimicamente as proteínas spike de NL63, os pesquisadores congelaram completamente, vírus intactos em um estado vítreo que preserva a disposição natural de seus componentes. Then they made thousands of detailed images of randomly oriented viruses using cryo-EM instruments at the Stanford-SLAC Cryo-EM Facilities, digitally extracted the bits that contained spike proteins, and combined them to get high-resolution pictures.

"The structure we saw had exactly the same structure as it does on the virus surface, free of chemical artifacts, " Jin said. "This had not been done before."

The team also identified places where sugar molecules attach to the spike protein in a process called glycosylation, which plays an important role in the virus's life cycle and in its ability to evade the immune system. Their map included three glycosylation sites that had been predicted but never directly seen before.

Although a German group has used a similar method to digitally extract images of the spike protein from SARS-CoV-2, Jin said, they had to fix the virus in formaldehyde first so there would be no danger of it infecting anyone, and this treatment may cause chemical changes that interfere with seeing the true structure.

Going forward, she said, the team would like to find out how the part of the spike that binds to receptors on human cells is activated, and also use the same technique to study spike proteins from the virus that causes COVID-19, which would require specialized biohazard containment facilities.