Hoe een virus als Influenza A wordt overgedragen van dier op mens, is nog steeds niet goed bekend. Hoe herkent het virus zijn ‘gastheercellen’ bij de mens, ook als hun oppervlak afwijkt van dat bij het dier? Onderzoekers van de Universiteit Twente hebben de celoppervlakken met daarop de suikers waaraan een virus hecht, op moleculair niveau nagebootst. De binding is complex, bijvoorbeeld doordat de lengte van de moleculen verschilt bij mens en dier. Duidelijk blijkt dat een minimumwaarde nodig is voor het aantal bindingsplaatsen, voor een ‘succesvolle’ overdracht. Het onderzoek is gepubliceerd in ACS Central Science.
Virussen binden zich via de ‘spikes’ die ze op hun oppervlak hebben, aan een gastheercel. Bij influenza zijn deze spikes hemagglutinine-eiwitten die zich binden zich aan suikers op het celoppervlak, de siaalzuren. De virussen zorgen ervoor dat ze zich stevig genoeg binden voordat ze zich inkapselen en hun destructieve werk gaan doen. Ook al is deze binding vergelijkbaar bij dier en mens, dat is geen simpele verklaring voor de overdracht, want er zijn veel soorten influenza die nooit de overstap naar de mens maken. Het aantal siaalzuren op een oppervlak, en daarmee de kans op succesvolle binding, verschilt. Ook het type en de lengte van de moleculen verschilt. Dit betekent dat het virus minder mogelijkheden om zich op meer plaatsen aan één molecuul te binden. Uit het nieuwe onderzoek blijkt dat een vogelgriepvirus op een menselijk celoppervlak niet de gunstigste uitgangspositie heeft: het ‘ziet’ niet alle bindingsmogelijkheden. Dit terwijl uit het onderzoek blijkt dat hiervoor wel een minimaal aantal nodig is: de drempel ligt bij ongeveer acht interacties.
Binding van een virus aan de moleculen op het oppervlak. In alle figuren is links een lage dichtheid te zien en rechts een hoge dichtheid. In (i) en (ii) lukt de binding ook bij lage dichtheid, dankzij de lengte van de moleculen. In (iii) lukt het nog door een hoge dichtheid, in (iv) past én de structuur en de lengte niet, en zal het virus zich niet binden.
Meteen inzicht
Om de bindingssterkte van het virus te bepalen hebben de onderzoekers een oppervlak met siaalzuren nagebootst en daarin een verloop aangebracht: van weinig naar veel moleculen per oppervlakte-eenheid. Bij een te lage dichtheid van de suikers, ziet het virus geen kans om zich voldoende te hechten. Dit wordt nog versterkt door een verschil in type en lengte. De nieuw ontwikkelde tool geeft meteen inzicht in de binding en daarmee in de infectiekans van een virus. Hoewel het zich heeft toegespitst op Influenza A, zijn de inzichten ook van belang voor andere virussen zoals coronavirussen. De tool kan ingezet worden om de kans dat een virus een zoonose kan veroorzaken te leren inschatten.
Het onderzoek is uitgevoerd in de groep Molecular Nanofabrication (MESA+ Instituut) van prof. Jurriaan Huskens, samen met een multidisciplinair team bestaand uit virologen (Royal GD Diergezondheid), suikerchemici en biochemici (Universiteit Utrecht), en experts in molecular dynamics (University of Georgia, VS) en theoretisch/computationele fysica (TU Eindhoven).
Het paper ‘Hierarchichal multivalent effects control influenza host specificity’, door Nico Overeem, Erik Hamming, Oliver Grant, Daniele Di Iorio, Malte Tieke, Candelaria Bertolini, Zeshi Li, Gaël Vos, Robert de Vries, Robert Woods, Nicholas Tito, Geert-Jan Boons, Erhard van der Vries en Jurriaan Huskens is vandaag verschenen in ACS Central Science van de American Chemical Society.
