Projekt badawczy jest finansowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej z funduszy europejskich z programu Inteligentny Rozwój (POIR) w ramach rozszerzenia grantów w programie TEAM uzyskanych przez prof. Marcina Drąga z Katedry Chemii Biologicznej i Bioobrazowania Politechniki Wrocławskiej oraz prof. Daniela Gryko z Instytutu Chemii Organicznej PAN w Warszawie. Obaj uczeni są także laureatami Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

Fot. Prof. Marcin Drąg i prof. Daniel Gryko. Źródło: Magdalena Wiśniewska-Krasińska

Kluczowe proteazy

Pandemiczny koronawirus SARS-CoV-2 składa się z 29 różnych białek. Wśród nich są dwa wyspecjalizowane białka, które odpowiadają m.in. za replikację wirusa, czyli powielanie jego cząsteczek i infekowanie kolejnych komórek w organizmie zakażonej osoby. Białka te, inaczej nazywane enzymami proteolitycznymi (proteazami), noszą nazwy: SARS-CoV-2-Mpro i SARS-CoV-2-PLpro. Proteaza SARS-CoV-2-Plpro dodatkowo wpływa na działanie układu odpornościowego człowieka i blokuje mechanizm obrony organizmu przed koronawirusem. Zespołowi prof. Marcina Drąga udało się – jako pierwszemu na świecie – w błyskawicznym tempie rozpracować oba te enzymy. Dzięki temu dokładnie wiadomo, jaką mają budowę oraz z jakimi związkami i w jakim miejscu każdy z nich się łączy. To z kolei umożliwia znalezienie związków, selektywnie blokujących aktywność tych enzymów, a zatem zatrzymujących namnażanie się wirusa. – Takie związki mogą stać się lekami zwalczającymi wirusa, nie tylko bardzo skutecznie, ale i bezpiecznie dla ludzi, gdyż hamują one wyłącznie aktywność proteaz koronawirusa SARS-CoV-2, w żaden sposób nie wpływając na aktywność enzymów człowieka – mówi prof. Marcin Drąg.

Strategiczna współpraca

Tak szybkie rozpracowanie proteaz koronawirusa SARS-CoV-2 przez zespół prof. Drąga było możliwe dzięki ścisłej współpracy z kilkoma innymi grupami naukowymi na całym świecie, a przede wszystkim dzięki opracowaniu przez wrocławskich naukowców (w ramach toczącego się grantu TEAM) unikalnych technologii umożliwiających szybką identyfikację i precyzyjną analizę enzymów proteolitycznych. Obecnie kolejnym celem jest opracowanie metodologii pozwalającej na monitorowane aktywności proteaz SARS-CoV-2-Mpro i SARS-CoV-2-PLpro w komórkach organizmu człowieka. Dzięki temu można będzie prześledzić na przykład to, ile procent komórek zostaje zainfekowanych przez wirusa oraz czy leki zaprojektowane do hamowania tych enzymów, faktycznie to robią i z jaką efektywnością. Aby osiągnąć ten cel, prof. Marcin Drąg nawiązał współpracę z prof. Danielem Gryko, ekspertem w dziedzinie barwników funkcjonalnych. Zespół prof. Gryko odkrywa (w ramach grantu TEAM) barwniki fluorescencyjne nowej generacji, charakteryzujące się niezwykłą trwałością i dużą intensywnością fluorescencji. Związki te są następnie wykorzystywane w mikroskopii fluorescencyjnej.

Trzeba zwiększyć efektywność obserwacji

Nowoczesna mikroskopia fluorescencyjna pozwala z dużą rozdzielczością obrazować i badać procesy zachodzące w żywych komórkach. Do przeprowadzenia obserwacji za pomocą zaawansowanego mikroskopu fluorescencyjnego niezbędne są cząsteczki posiadające zdolność zarówno pochłaniania światła, jak i fluorescencji. Są one często nazywane fluoroforami, barwnikami lub sondami. Dołącza się je do obiektu, który ma być uwidoczniony pod mikroskopem, np. proteazy wirusowej, i w ten sposób można obserwować jej działanie. Aktualnie istnieją fluorofory, które pozwalają na obrazowanie proteaz SARS-CoV-2-Mpro i SARS-CoV-2-Plpro, jednak ich czułość jest niewystarczająca do prowadzenia precyzyjnych badań. – Idealny fluorofor, pozwalający na wizualizację proteaz wirusa SARS-CoV-2 w komórkach z dużą czułością, powinien mieć niewielki rozmiar, aby jego dołączenie do proteazy nie zakłóciło jej aktywności. Ponadto musi odznaczać się dużą intensywnością fluorescencji oraz dużą zdolnością do pochłaniania światła. Naszym zadaniem jest opracowanie nowej klasy fluoroforów, które spełniałyby wszystkie te trzy warunki jednocześnie – wyjaśnia prof. Daniel Gryko.

Szansa na rychłą komercjalizację

– Celem naszych wspólnych badań jest zaprojektowanie sond fluorescencyjnych do wykrywania proteaz wirusa SARS-CoV-2 oraz przetestowanie ich po to, aby jak najszybciej, tj. w czasie kilkunastu miesięcy, stały się one dostępne komercyjnie i realnie przyczyniły się do zwalczania pandemii COVID-19 – podkreślają naukowcy.  Projekt jest finansowany ze środków UE pochodzących z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego z programu Inteligentny Rozwój (POIR). Środki w wysokości 4 mln zł (po 2 mln zł dla każdego zespołu badawczego) zostały przyznane w wyniku tematycznego konkursu na finansowanie nowych zadań badawczych związanych z pandemią COVID-19, który przeprowadziła Fundacja na rzecz Nauki Polskiej. Łączny budżet konkursu wynosił 15 mln zł. Środki zostały przyznane na realizację 14 projektów.

Program TEAM jest realizowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków UE pochodzących z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój, oś IV: Zwiększenie potencjału naukowo-badawczego, Działanie 4.4 Zwiększanie potencjału kadrowego sektora B+R.