Britse coronavariant besmettelijker dankzij sterke binding

Mutatie hielp het virus hoesten en niezen doorstaan

De zeer besmettelijke Britse variant van het coronavirus kon zich razendsnel verspreiden omdat het sterker bindt aan menselijke cellen. Deze ontdekking, gepubliceerd door een team onder leiding van prof. dr. Jan Lipfert, kan verklaren waarom deze variant al snel andere verdrong tijdens de begintijd van de coronapandemie.

3D illustration of a coronavirus attaching to a human cell (© Christopher Hohmann, LMU Munich)
3D illustration of a coronavirus binding to a human cell. (©Christopher Hohmann, LMU Munich)

Al tijdens de eerste golven van de coronapandemie verschenen nieuwe virusvarianten die nog besmettelijker waren dan het ‘oorspronkelijke’ coronavirus. Een variant die al snel uitgroeide tot de meest voorkomende, was de zogeheten Britse variant. Destijds werden nieuwe varianten nog vernoemd naar het land waarin ze voor het eerst werden vastgesteld. Waarom sommige varianten zich zo snel konden verspreiden, was lange tijd een raadsel.

Sterke binding hielp hoesten en niezen doorstaan

Het geheime wapen van de Britse variant lijkt te zijn dat het sterker bindt aan cellen in onze neus en keel. Die binding is zo’n 20 procent sterker dan bij het oorspronkelijke coronavirus, ontdekte een onderzoeksteam onder leiding van biofysicus Jan Lipfert. Dankzij de sterkere binding kon het virus zich beter handhaven in de neus en keel, en werd het niet zo snel losgehoest of -geniest door de gastheer. Lipfert en collega's maakten hun onderzoek bekend in het vakblad Nature Nanotechnology.

Door bindingen tussen virus- en celeiwitten te breken, toonden onderzoekers de sterkere bindingskracht van de Britse coronavariant

Magnetisch pincet trekt binding los

Lipfert en zijn team bestudeerden de sterkte van binding met een zeer gevoelige techniek genaamd magnetisch pincet. Hiermee maten ze de kracht die nodig is om de binding te verbreken.

Zo ontdekten ze dat bij de Britse variant het verbreken van de binding meer kracht vereiste dan bij de oorspronkelijke variant. Daarentegen bleken de bindingen die andere corona-nieuwkomers aangingen, zoals de varianten bèta, gamma, delta en omikron, vergelijkbaar met die van het oorspronkelijke coronavirus.

Computersimulaties van bindingskrachten

Om te achterhalen wat er op moleculair niveau schuilgaat achter deze bindingen, werkten Lipfert en collega’s samen met biofysicus Rafael Bernardi, verbonden aan de Auburn University. Het team van Bernardi simuleerde de gemeten bindingsprocessen op een supercomputer. Zo konden de onderzoekers bij allerlei varianten precies ophelderen welke delen van bepaalde viruseiwitten, zogeheten spike-eiwitten, precies de sterkte van de binding bepalen.

Prof. Jan Lipfert
Prof. dr. Jan Lipfert

(On-)gunstige genetische mutaties

Het team ontdekte dat de Britse variant zijn sterke binding dankt aan een genetische mutatie genaamd N501Y. Maar opmerkelijk genoeg is dezelfde mutatie ook aanwezig in de bèta- en gamma-varianten, terwijl die juist zwakkere bindingen aangaan, net als de oorspronkelijke coronavirusstam. De mutaties veranderen de elektrostatische lading op het oppervlak van het spike-eiwit, en dat leidt tot een zwakkere binding tussen virussen en cellen.

Het immuunsysteem omzeilen

Lipfert verklaart die tegenstrijdigheid door het feit dat de andere mutaties andere voordelen bieden die opwegen die het verlies van bindingssterkte. Volgens hem helpen ‘verzwakkende’ mutaties juist de bèta- en gamma-variant aan het immuunsysteem te omzeilen.

Nieuwe coronavaccins ontwikkelen

Hoewel de Britse variant inmiddels niet langer de overheersende variant is, kan Lipferts onderzoek waardevolle inzichten bieden voor de toekomst. Zijn onderzoeksteam hoopt dat hun methoden ons meer kunnen leren over de gevolgen van mutaties bij virussen. Ook zouden ze kunnen helpen bij het voorspellen en voorbereiden op toekomstige virusvarianten.

En dat kan uiteindelijk weer bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe vaccins. Lipfert verwacht dat dit zomaar eens zeer relevant kan zijn bij het ontwikkelen van corona-vaccinatieprogramma’s, vergelijkbaar met de jaarlijkse griepprik.

Publicatie

Single-molecule force stability of the SARS-CoV-2–ACE2 interface in variants-of-concern

Magnus S. Bauer, Sophia Gruber, Adina Hausch, Marcelo C.R. Melo, Priscila S.F.C. Gomes, Thomas Nicolaus, Lukas F. Milles, Hermann E. Gaub, Rafael C. Bernardi, and Jan Lipfert

Nature Nanotechnology, 27 november 2023