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科学者らがコロナウイルスによるCOVID-19の拡散を防ぐ可能性のあるタンパク質を設計

科学者らがコロナウイルスによるCOVID-19の拡散を防ぐ可能性のあるタンパク質を設計

アラン・ボイル著

ミニバインダー付きウイルス
アーティストによる描写では、抗ウイルスミニバインダー（青みがかった螺旋形状）がSARS-CoV-2ウイルス表面のスパイクタンパク質（赤色で表示）に結合する様子が描かれています。（タンパク質設計研究所によるイラスト）

鼻腔にスプレーするだけでCOVID-19を撃退できると想像してみてください。もしかしたら、それは単なる想像ではないかもしれません。ワシントン大学の研究者たちは、今年のパンデミックを引き起こしたコロナウイルスの蔓延を阻止できる可能性のある合成タンパク質を設計しました。

「まだ広範囲な臨床試験が必要ですが、コンピューターで生成されたこれらの抗ウイルス剤の最良のものは非常に有望だと考えています」と、ワシントン大学タンパク質設計研究所の博士研究員であるロンシン・カオ氏はニュースリリースで述べた。

曹氏は、本日サイエンス誌に掲載されたタンパク質構築実験に関する研究論文の筆頭著者です。これは、新興分野であるタンパク質工学から生まれた最新のイノベーションであり、この技術は将来のパンデミックに対抗する医薬品の開発方法に革命をもたらす可能性があります。

COVID-19対策もまだ遅くないかもしれない。「私たちは改良版を開発し、現在のパンデミックと戦うために配備できるよう取り組んでいます」と、タンパク質設計研究所所長で本研究の主任著者であるデビッド・ベイカー氏はGeekWireへのメールで述べた。

この技術では、COVID-19を引き起こすウイルスであるSARS-CoV-2の表面に散在するスパイク状の分子構造にくっつくように特別に設計された小分子タンパク質、つまりミニバインダーを作成する。

曹龍興
ワシントン大学の研究者、ロンシン・カオ氏は、タンパク質設計研究所で開発された合成タンパク質は、少なくともモノクローナル抗体と同程度にSARS-CoV-2の感染を阻止する可能性があると述べています。（ワシントン大学医学部 / タンパク質設計研究所写真）

ウイルスのスパイクは、細胞表面にある分子レベルの受容体に嵌合することで、その厄介な働きを担います。まるで鍵を錠前に差し込んで家に入るようなものです。ウイルスが受容体の「鍵を開ける」と、細胞内に侵入し、細胞の化学機構を乗っ取り、さらに多くのウイルス粒子を放出して感染を拡大します。

ベイカー氏、カオ氏らは、高性能コンピュータを用いて、ウイルスのスパイクタンパク質の働きを阻害する可能性のある200万種類以上の候補タンパク質を設計した。最も有望な候補タンパク質のうち11万8000種類以上が合成され、実験室で培養された細胞で試験された。

アジレント・テクノロジーズとツイスト・バイオサイエンスは試験用の合成タンパク質を製造し、セントルイスのワシントン大学医学部の研究者らはクライオ電子顕微鏡を用いて、ミニバインダーがスパイクタンパク質とどのように相互作用するかを記録した。Rosetta@homeと呼ばれる分散コンピューティングネットワークが候補タンパク質のスクリーニングに役立った。

最有力候補であるLCB1は、感染予防の代替経路となるモノクローナル抗体の6倍の効力でスパイクタンパク質の有効性を阻害しました。さらに、曹氏は、このミニバインダーは「製造がはるかに容易で、はるかに安定しているため、冷蔵保存の必要性がなくなる可能性がある」と述べています。

研究者らは、このミニバインダーは、鼻から呼吸器系に送達できる粉末状のエアロゾルまたはスプレーとして適しているようだと述べています。「タンパク質抗ウイルス剤を呼吸器系に直接送達する前例はほとんどありません。これが私たちの設計のスイートスポットだと考えています」とベイカー氏は述べています。

現在、LCB1はげっ歯類で評価されており、ベイカー氏によると、COVID-19の抗ウイルス薬候補をヒト臨床試験に導入することに関心があるという。「現在、検討中です」とベイカー氏は述べたが、詳細は明らかにしなかった。

この技術が完成し自動化されれば、ウイルス発生後1ヶ月以内に試験できるタンパク質抗ウイルス剤を設計・製造できるとベイカー氏は述べた。また、この技術はウイルス感染の新しい診断法の開発にも応用できる可能性がある。

Cao氏とBaker氏に加え、Science誌に掲載された論文「ピコモルSARS-CoV-2ミニタンパク質阻害剤のDe Novo設計」の著者には、Inna Goreshnik氏、Brian Coventry氏、James Brett Case氏、Lauren Miller氏、Lisa Kozodoy氏、Rita Chen氏、Lauren Carter氏、Lexi Walls氏、Young-Jun Park氏、Lance Stewart氏、Michael Diamond氏、David Veesler氏が含まれています。

この研究は、国立衛生研究所、国防高等研究計画局、IPD の Audacious Project、Schmidt Futures プログラムの推薦による Eric および Wendy Schmidt、Open Philanthropy Project、Microsoft が COVID-19 研究のために提供した Azure コンピューティング リソース、および Burroughs Wellcome Fund の支援を受けました。