Das Coronavirus besiegen

„Ich war schon immer neugierig auf die Dinge um mich herum. Ich frage mich immer, was dies und das ist, wie es funktioniert und warum?“ Sie sagt. „Manchmal fühle ich mich wie ein 3-jähriges Kind, das die Welt entdeckt. Ich freue mich, wenn ich etwas Neues lerne.“

Rosas Lemus promovierte an der National Autonomous University of Mexico. Ihre erste Postdoktorandenarbeit absolvierte sie am Illinois Institute of Technology in Chicago und setzte ihre Forschung von dort an der Northwestern fort.

Dort interessierte sie sich für die Untersuchung der Struktur von Stoffwechselproteinen von Mikroorganismen im Zusammenhang mit Infektionskrankheiten und antimikrobieller Resistenz.

„Wir haben im Grunde nicht genug Werkzeuge, um neue Medikamente zu entwickeln“, sagt sie. „Wenn Sie eine bakterielle Infektion haben, geben Ihnen die Ärzte als Erstes Antibiotika, aber sie sind nicht sehr wirksam, und uns gehen die Medikamente zur Behandlung schwerer Infektionen aus, die durch antimikrobiell resistente Krankheitserreger verursacht werden. Es gibt viele Arten, die sich weiterentwickeln, um immer mehr Widerstand zu leisten. Es ist also eine Belastung, die sich gerade aufbaut und sehr ernst ist.“

Rosas Lemus forschte als Postdoktorand am Northwestern Center for Structural Genomics of Infectious Diseases, als COVID-19 zuschlug. Im Auftrag des NIH begannen sie und ihr Team mit der Untersuchung von COVID-19-Virusproteinen auf der Grundlage dessen, was vom SARS-Virus bekannt war.

„Wir bestimmen dort die Struktur von Proteinen, die für die Pathogenese oder Antibiotikaresistenz von Mikroorganismen wichtig sind“, sagt sie. „Ziel ist es, diese Strukturen zu analysieren und neue Therapeutika wie Medikamente oder Impfstoffe zu entwickeln. Die Idee ist, dass, wenn ein Mikroorganismus ein Protein produziert, das für die Replikation oder für die Pathogenese essentiell ist, wir dieses Protein als gutes Ziel verwenden könnten. Wenn wir dieses Protein hemmen, können wir entweder das pathogene Verhalten oder die Replikation oder Kolonisierung des Wirts verhindern.“

Die Untersuchung der Struktur von Proteinen ist wie der Blick auf eine Karte, die auf ein aktives Zentrum zeigt, sagt Rosas Lemus. „Oder manchmal sagen sie dir andere Stellen, die für die Wechselwirkung mit anderen Proteinen wichtig sind oder die exponiert sind, damit du sie zum Beispiel zur Entwicklung von Impfstoffen verwenden kannst.“

Bei COVID-19 war es die Spike-Proteinstruktur, die sich an der Außenseite eines Coronavirus befindet, die Wissenschaftler zur Entwicklung von mRNA-Impfstoffen, wie sie von Pfizer-BioNTech und Moderna entwickelt wurden, und von Proteinuntereinheiten-Impfstoffen (Novavax) verwendeten.

An der UNM konzentriert sich die NIH-finanzierte Forschung von Rosas Lemus auf die Zukunft.

„Jetzt haben wir Impfstoffe und Medikamente, die die Replikation von Coronaviren hemmen“, sagt sie. „Die Naturgeschichte pathogener Mikroorganismen hat uns jedoch gelehrt, dass die Evolution die Resistenz fördert, und es gibt einige Studien, die zeigen, dass Coronaviren Resistenzen gegen die aktuellen Behandlungen entwickeln könnten.

„Also müssen wir dieses Problem angehen, indem wir auf verschiedene Teile des viralen Replikationszyklus abzielen, die weniger anfällig für Mutationen sind, die Resistenzen verursachen können. Wenn dann eine weitere Coronavirus-Krise oder ein weiterer Ausbruch auftritt, sind wir bereit, dagegen anzugehen, weil wir auf der einen Seite Impfstoffe, aber auch andere Medikamente haben werden, die helfen könnten, die Ausbreitung von Krankheiten zu verhindern.“

Eines der Ziele ihrer Forschung ist es, die Wechselwirkung spezifischer Proteine ​​von SARS-COV-2 (dem Virus, das für COVID-19 verantwortlich ist) mit anderen Proteinen im Wirt besser zu verstehen.

„Coronaviren benötigen sowohl Virus- als auch Wirtsproteine ​​für die Replikation, und wir wissen, dass einige dieser Wechselwirkungen für die Unterstützung der Virusreplikation und -infektion unerlässlich sind“, sagt sie.

„Coronaviren haben einen riesigen Komplex für die virale RNA-Replikation, der aus mindestens fünf verschiedenen Proteinen besteht. Der Stoffwechselweg, der der Replikation folgt, und seine Organisation sind jedoch nicht gut beschrieben. Ich interessiere mich dafür, die Regulation und Organisation dieses sogenannten Capping-Wegs zu verstehen, da dies ein wesentlicher Prozess ist, den das Virus nutzt, um sich vor der Immunüberwachung der Wirtszelle zu verstecken.“

Laut Rosas Lemus ist der letzte Schritt des Stoffwechselwegs der Komplex nsp16-nsp10, der eine sehr niedrige Mutationsrate aufweist. Aus diesem Grund sagt sie, dass es ein guter Kandidat für die Arzneimittelentwicklung ist.

„Während der Pandemie habe ich mich darauf konzentriert, die Struktur und Aktivität dieses Komplexes zu untersuchen“, sagt sie. „Nun zielt meine Forschung darauf ab, zu verstehen, wie nsp16-nsp10 mit anderen viralen Proteinen in der Zelle interagiert. Interagiert dieser Komplex auch mit Wirtsproteinen, können wir die Struktur dieser Komplexe bestimmen und einen spezifischen Inhibitor entwickeln, der auf diese Wechselwirkungen abzielt, und schließlich, welche Konsequenzen das Einfangen von Wirtsproteinen und Stoffwechselwegen zugunsten der viralen Replikation auf dem Wirt hat Stoffwechsel?"

Die letzte Frage ist sehr wichtig, sagt sie, denn diese Forschung könnte zu einem besseren Verständnis dafür führen, warum Menschen mit Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes oder metabolischem Syndrom schlechtere Ergebnisse mit COVID-19 haben. „Dann könnten wir nach anderen Behandlungen suchen, die für diese Erkrankungen spezifisch sind.“

Laut Rosas Lemus ist es entscheidend, ihre Forschung mit dem zu kombinieren, was wir bereits über COVID-19 wissen.

„Um eine gute Wissenschaftlerin zu sein, müssen wir bescheiden und offen sein und mit anderen Disziplinen kommunizieren“, sagt sie. „Wir können nicht alles wissen, aber wir können immer etwas Neues lernen und die Tür zu besseren Ideen öffnen.“