科学者らがコロナウイルスの致死兵器の原子スケール地図を作成し、それと戦う道筋を示している
アラン・ボイル著
生化学者たちは、致死性コロナウイルスの主要タンパク質の初めての3D原子スケールマップを作成し、治療法やワクチン開発の新たな可能性を切り開いた。
ワシントン大学とそのタンパク質設計研究所の研究者らは、新たな手がかりを活用する捜査官の一人だ。
この地図は、COVID-19として知られるウイルスが感染細胞に侵入するために用いる分子「スパイク」におけるタンパク質の3次元配列を示しています。ウイルスが細胞内に侵入すると、細胞を制御する遺伝子コードを送り込み、感染を拡大させます。
感染を阻止する方法を見つけることは、極めて困難な課題です。昨年末に中国の武漢でウイルスが発見されて以来、26カ国で7万5000人以上のCOVID-19感染者が確認され、2000人以上が死亡しています。
「コロナウイルス」とは、風邪ウイルスを含む、表面に王冠状のタンパク質の突起を持つウイルスの一種を指します。（「コロナ」はラテン語で王冠を意味します。）COVID-19の症状には、発熱、咳、息切れなどがあり、風邪の症状よりもはるかに深刻なものです。
世界各国の政府はウイルスの蔓延を抑えるために隔離措置を講じており、保健当局は最善のウイルス対策を実施しています。しかし、長期的には、研究者たちはCOVID-19に特化したワクチンやその他の抗ウイルス治療薬の開発に注力しています。そこで、本日サイエンス誌に掲載された3Dマップが役立ちます。
ワシントン大学のタンパク質設計研究所は、疾患と闘うためのタンパク質工学の最前線に立ってきました。同研究所の技術は、タンパク質の3次元構造を解析し、それらのタンパク質にフィットする分子の「鍵」と「合鍵」を作り出します。これらの鍵は、分子間の相互作用を促進するか、あるいは相互作用を阻害して阻害するかのどちらかです。
COVID-19に関しては、研究所は対策を妨害する方法を模索している。
同研究所の研究者らは、インフルエンザウイルスの外殻にあるヘマグルチニンまたはインフルエンザHAと呼ばれるタンパク質に結合する「インフルエンザグルー」の開発に既に成功していると報告している。今回公開された地図は、COVID-19に対しても同様のミニタンパク質を作成するのに役立つ可能性がある。
研究所所長のデビッド・ベイカー氏は、サイエンス誌の研究論文の著者らがすでにCOVID-19マップの座標をメールで送ってきたと述べた。
前回：ビル・ゲイツ氏、コロナウイルスの影響は「非常に劇的」になる可能性があると警告し、長期的な解決策を概説
「私たちは、タンパク質と専門知識を提供してくれるデイビッド・ヴィースラー氏と協力し、スパイクタンパク質の様々な部位に結合する安定したミニタンパク質を設計するために、これらのタンパク質を利用しています」とベイカー氏はGeekWireへのメールで述べた。「インフルエンザHAに対して設計したミニタンパク質と同様に、高親和性設計によってウイルスを中和できると期待しています（願っています）。」
この結合剤がインフルエンザウイルスと同じように作用すれば、効果的なウイルス阻止治療の一部となるか、新たな診断ツールの基礎として役立つ可能性がある。
ヴィースラー氏とワシントン大学のチームメイトは、世界中でCOVID-19ワクチンの開発に取り組んでいる多くの研究者の一人でもある。
ワクチン開発に携わる研究者には、COVID-19の3Dタンパク質マップを作成したテキサス大学オースティン校と国立衛生研究所の研究者も含まれています。彼らは、SARSやMERSといった他のコロナウイルスのスパイクタンパク質を特定し、マッピングしてきた過去の経験を活用しました。
「これがコロナウイルスだと分かった瞬間、すぐに飛びつかなければと思いました。なぜなら、この構造を最初に解明できる研究者の一人になれるかもしれないからです」と、サイエンス誌掲載論文の筆頭著者であるテキサス大学オースティン校のジェイソン・マクレラン氏はニュースリリースで述べた。「このウイルスにどのような変異を導入すべきかは、既にこれらの変異が他の多くのコロナウイルスにも有効であることを示していたため、正確に分かっていました。」
研究の大部分は、主著者であるテキサス大学オースティン校のダニエル・ラップ氏とニアンシュアン・ワン氏によって行われました。中国の研究者からウイルスのゲノム配列を受け取ってからわずか2週間後、研究チームは安定化スパイクタンパク質の設計とサンプル作製を行いました。3Dタンパク質マップを再構築し、研究結果をScience誌に提出するまでにさらに12日かかりました。
この取り組みを支える主要な技術の一つが、極低温電子顕微鏡（クライオEM）です。これにより、細胞構造、分子、ウイルスの3Dモデルの作成が可能になります。テキサス大学オースティン校のザウアー構造生物学研究所には、最先端のクライオEM施設が備えられています。
「私たちが最終的に最初の研究機関になれたのは、ザウアー研究所のインフラのおかげも一部あります」とマクレラン氏は述べた。「これは基礎研究施設への資金提供の重要性を浮き彫りにしています。」
この3Dマップは、ワクチンや合成抗ウイルスミニタンパク質の開発を促進するだけでなく、COVID-19から回復した患者から自然発生する抗体を分離する方法を研究者が開発する上でも役立つ可能性があります。ミニタンパク質と同様に、これらの抗体は曝露後すぐに感染症の治療に使用できる可能性があります。
サイエンス誌に掲載された研究「融合前構造における2019-nCoVスパイクのクライオ電子顕微鏡構造」の著者には、Wrapp、Wang、McLellanのほか、Kizzmekia Corbett、Jory Goldsmith、Ching-Lin Hsieh、Olubukola Abiona、Barney Grahamなどが含まれている。
