Häusliche Quarantäne, Tag 7 – Über Omikron – Proteinstruktur und Mutationen

Müde bin ich immer noch, und auf der Couch vor dem Fernseher abhängen hilft nicht. Im Gegenteil. Ich habe mich scheinbar ausgeschlafen, heute Nacht konnte ich bis halb vier kein Auge mehr zu machen. Eine gute Nachricht ist, der Onkel und die Tante sind laut neuestem PCR-Test von gestern immer noch negativ, das heißt, wir haben es dank der hastigen Abreise geschafft, sie nicht anzustecken.

Seitdem der Ehemann erfahren hat, dass wir uns die Omikron-Variante geholt haben, habe ich mich ein bisschen durchgelesen. Das hatte ich irgendwann im Laufe des Jahres eingestellt. Nach der Arbeit bin ich zu platt und habe keinen Nerv mehr für wissenschaftliche Lektüre. Aber jetzt, wo ich noch im Urlaub bin und das Haus nicht verlassen darf? Mein Gehirn langweilt sich, obwohl ich Netflix[1] noch nicht leer geguckt habe.

Dass die Wirksamkeit der aktuellen Impfstoffe bei der neuen Variante geringer geworden ist, hatte ich noch mitgekriegt, und auch dass es daran liegt, dass die neue Variante ganz viele Mutationen im Stachelprotein (Neudeutsch: Spike-Protein) besitzt. Nun, in dem Ausmaß hätte ich es nicht gedacht. Unten sieht man die Mutationen im Stachelprotein von SARS-CoV-2 für die α, β, γ, δ und ο Varianten[2]. Erklärungen folgen unter den Bildern.



In jedem Bild stellt der obere, grüne Balken die Länge des Stachelproteins dar. Die kleineren farbigen Balken zeigen die Bereiche vom Protein, die verschiedene Funktionen haben. Von besonderem Interesse ist der rote RBD-Bereich. RBD steht für receptor-binding domain. Drin steckt der violette RBM-Bereich, für receptor-binding motif. So ganz verstehe ich den Unterschied nicht, rein von der Nomenklatur her. Im RBM-Bereich sitzen jedenfalls alle Aminosäuren vom Virus, die bei einer Infektion zum Rezeptor im Wirt (der Mensch) andocken. Im Rest vom RBD-Bereich haben die Aminosäuren keine Wechselwirkung mit dem Rezeptor (und auch nicht mit Antikörpern). Der Rezeptor ist in unserem Fall das ACE2-Protein, das von den ersten SARS-Viren angegriffen und daher viel erforscht wurde[3]. Ein Glück, deswegen hatte man schon am Anfang der Pandemie vor zwei Jahren viel Wissen gesammelt, das man im Kampf gegen SARS-CoV-2 anwenden konnte.

Die Darstellung oben wirkt zu abstrakt? Finde ich auch. Ich habe andere Bilder gemacht. Unten links, das Stachelprotein mit der Farbe der verschiedenen Bereiche, im Bändermodell dargestellt. In SARS-CoV gruppieren sich gerne Stachelproteine zu dritt, wie unten mittig links dargestellt: Es sind drei Stachelproteine ineinander verkeilt, ich habe jetzt jedem einzelnen Molekül eine eigene Farbe gegeben. Diese Art Gruppierung nennt man ein Trimer. Unten mittig rechts, das Trimer von unten aus gesehen. Es sollte jetzt irgendwie bekannt vorkommen: Ein Trimer ist ein von diesen vielen dreieckigen Dingern, die überall auf der Oberfläche vom Virus zu finden sind, siehe unten rechts. Die drei Bilder links habe ich mit PyMOL[1] gemacht, aus dem PDB Strukturmodell 7T9K (wo ich den Rezeptor nicht zeige und, für die Nerdesten unter den Lesern, Kette C durch Überlagerung mit Kette A vervollständigt habe, damit es schön symmetrisch aussieht – ich nehme an, die Dichte aus den Kryo-EM Daten war nicht ausreichend).

Die Mutationen werden mit einem Code unter der Darstellung vom Protein markiert, unten nochmal für Omikron angezeigt. Sie beziehen sich alle zur ursprünglichen Variante. Zum Beispiel, die Mutation D614G, die man in jeder der vier Varianten oben sieht, bedeutet, dass die Aminosäure Nummer 614, die in der ursprünglichen Variante eine Asparaginsäure (D) ist, durch eine Glycin (G) ersetzt wurde. Manchmal verschwinden Aminosäuren und werden nicht ersetzt, das wird mit dem Symbol Δ dargestellt, gefolgt von der Nummer der betroffenen Aminosäuren. Diese Art Mutation nennt man Deletion. Und manchmal gibt es neue Aminosäuren die zwischen drin hinzugefügt werden, das wird mit „ins“ (für insertion), der Nummer der Aminosäure nach der die Neuen dazu kommen, und den Buchstaben der neuen Aminosäuren angegeben, wie bei ins214EPE: Nach Aminosäure Nummer 214 sind eine Glutaminsäure (E), ein Prolin (P) und eine Glutaminsäure (E) hinzugefügt worden.

Wie die Mutationen entstehen, ist Zufall: Kopierfehler bei der Virenreplikation. Wenn eine Mutation einen Überlebensvorteil bringt, wird sie den nächsten Generationen weiter gegeben. Je mehr Freilauf ein Virus bekommt (zum Beispiel, weil Leute sich nicht impfen lassen), desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass er mutiert, und dadurch einen Weg am Immunsystem vorbei findet.

Ich habe mir im Strukturmodell der Omikron-Variante 7T9K alle diese Mutationen angeschaut und es sind wirklich nur die im RBM-Bereich, die für die Bindung am Rezeptor und/oder am Antikörper eine Rolle spielen. Und jetzt das Spannende: Was ist an dieser Variante so anders, dass die bisherigen Impfungen nicht mehr so gut schützen? Morgen. Die Zeit reicht heute Abend nicht mehr, um schöne Bilder zu machen.

[1] Unbezahlte Werbung, da Namensnennung und/oder Verlinkung.

[2] α-Bild, β-Bild, γ-Bild, δ-Bild und ο-Bild vom Stanford HIVDB Team, von PhiLiP zur Verfügung gestellt, unter der Lizenz Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International. Ich habe die Bereiche, die nicht zum Stachelprotein gehören, aus dem ursprünglichen Bild heraus geschnitten.

[3] Ein von vielen Artikeln zu ACE2, der den Vorteil hat, frei verfügbar zu sein: P. Towler et al., JBC 279, pp.17996-18007, „ACE2 X-Ray Structures Reveal a Large Hinge-bending Motion Important for Inhibitor Binding and Catalysis, 2004″.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf Meckereien & Co. erschienen.

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