Công nghệ AI AlphaFold dự đoán biến thể Omicron có thể không né tránh phản ứng trung hòa kháng thể

Người dịch: Quang Tiến

Các nhà khoa học tại Đại học Bắc Carolina gần đây đã tiến hành nghiên cứu sử dụng mô hình máy tính để dự đoán cấu trúc và khả năng thoát miễn dịch của vùng gắn thụ thể (RBD) hình gai trên biến thể Omicron. Phát hiện cho thấy mặc dù có một số đột biến trong RBD hình gai, biến thể Omicron không có khả năng qua mặt hoàn toàn các phản ứng miễn dịch của vật chủ.

Bối cảnh

Biến thể Omicron của SARS-CoV-2 được xác định lần đầu tiên ở Nam Phi vào tháng 11/2021. Giải trình tự toàn bộ bộ gen cho thấy biến thể này bị đột biến nghiêm trọng, với 37 đột biến ở protein gai và 15 đột biến đặc biệt trong RBD hình gai. Vào ngày 26/11/2021, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã xếp biến thể này vào danh mục biến thể đáng quan ngại (VOC). Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có đủ bằng chứng để hiểu về khả năng gây nhiễm, lây truyền, gây bệnh và thoát miễn dịch của biến thể Omicron.

Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã sử dụng mô hình máy tính để dự đoán cấu trúc RBD hình gai của biến thể Omicron từ các kết quả giải trình tự có sẵn. Nhờ vào cấu trúc đã được dự đoán, họ khám phá các chức năng tương tác kháng nguyên-kháng thể.

Quá trình các bước phân tích dự đoán.

Thiết kế nghiên cứu

Các nhà khoa học đã giải trình tự axit amin của RBD để tạo ra cấu trúc ba chiều thông qua mô hình học sâu. Sau đó, họ mô phỏng sự tương tác của cấu trúc RBD được dự đoán với cấu trúc có sẵn của bốn kháng thể trung hòa. Cấu trúc của những kháng thể này được lấy từ những bệnh nhân nhiễm SARS-CoV-2.

Họ đã sử dụng AlphaFold, một chương trình trí tuệ nhân tạo (AI), để dự đoán ái lực liên kết của các tương tác kháng nguyên-kháng thể. Họ đánh giá sự tương tác giữa các cấu trúc epitope (vị trí gắn kháng thể) và paratope (vị trí gắn kháng nguyên) để cuối cùng dự đoán liệu các đột biến trong RBD có thể làm cho cho vi rút thoát khỏi sự trung hòa do kháng thể tạo ra hay không.

Quan sát quan trọng

Mô-típ liên kết thụ thể (RBM) của biến thể Omicron chứa 9 đột biến đặc trưng. Phân tích các trình tự gen của biến thể này cho thấy Omicron có liên quan xa với chủng SARS-CoV-2 gốc Vũ Hán và biến thể Gamma (lần đầu tiên được xác định ở Brazil).

Phân tích đột biến trên RBD của Omicron tìm thấy 15 đột biến thay thế axit amin đơn trong RBD dẫn đến sự thay đổi trong các loại đơn phân. Những đột biến này đã gây ra những thay đổi về độ phân cực của axit amin và chiều dài của các mạch bên. Điều đó sẽ làm thay đổi ái lực liên kết giữa RBD và kháng thể bằng cách thay đổi điện tích bề mặt hoặc tạo ra trở ngại lập thể.

Tương tác kháng nguyên-kháng thể

Phân tích liên kết kháng thể cho thấy RBD của biến thể Omicron có ái lực liên kết thấp hơn với mỗi kháng thể được thử nghiệm so với RBD của chủng vi rút gốc. Tương tác tĩnh điện giảm 4% – 52%. Hơn nữa, phát hiện sự giảm diện tích bề mặt bị chôn vùi cho thấy rằng RBD của biến thể Omicron tương tác với các kháng thể xa hơn. Điều quan trọng là phân tích thống kê chứng minh ái lực liên kết của RBD trên biến thể Omicron với các kháng thể được thử nghiệm không khác biệt đáng kể so với RBD của chủng vi rút gốc.

Việc phân tích các phức hợp kháng thể – RBD của biến thể Omicron/RBD của chủng vi rút gốc nhấn mạnh những thay đổi trong một số đơn phân nhất định, bao gồm 448N, 484A và 494S, tại giao diện liên kết. Ngược lại, một số đơn phân khác vẫn không thay đổi trong giao diện liên kết kháng thể – RBD của biến thể Omicron. Nhìn chung, phân tích cho thấy phần lớn các đột biến tại RBD của biến thể Omicron không gây ra những thay đổi cấu trúc đáng kể có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng liên kết của các kháng thể trung hòa.

Ý nghĩa của nghiên cứu

Nghiên cứu này sử dụng các công cụ dự đoán trên máy tính để xác định cấu trúc RBD của biến thể Omicron và chức năng tương tác của nó với các kháng thể trung hòa kháng SARS-CoV-2. Theo quan sát trong nghiên cứu, mặc dù có 60 đột biến trong RBD, nhưng biến thể omicron không thể hoàn toàn thoát khỏi sự trung hòa vi rút do kháng thể gây ra. Sự giảm ái lực liên kết được quan sát thấy giữa RBD của biến thể Omicron và các kháng thể được thử nghiệm có thể là do sự thay thế các axit amin có mạch bên lớn hơn. Những thay thế này trong RBD của biến thể Omicron đã dẫn đến tương tác xa hơn một chút với các kháng thể, và do đó, làm giảm ái lực liên kết so với RBD của chủng vi rút gốc.

Nguồn: news-medical.net