Wie Wissenschaftler rund um die Uhr nach alten Medikamenten suchen, die COVID-19 behandeln könnten

Warum haben wir keine Medikamente zur Behandlung? COVID 19 und wie lange wird es dauern, sie zu entwickeln? SARS-CoV-2 - Die Coronavirus das die Krankheit COVID-19 verursacht – ist völlig neu und greift Zellen auf neuartige Weise an. Jeden Virus ist unterschiedlich und auch die Medikamente, die zu ihrer Behandlung eingesetzt werden, sind unterschiedlich.

Aus diesem Grund gab es kein Medikament gegen das neue Coronavirus, das erst vor wenigen Monaten auf den Markt kam.

Als Systembiologe untersucht er, wie Zellen beeinflusst werden Viren Bei Infektionen interessiert mich vor allem die zweite Frage. Schwachstellen finden und Die Entwicklung eines Medikaments zur Behandlung einer Krankheit dauert normalerweise Jahre .

Aber das neue Coronavirus lässt der Welt nicht diese Zeit. Da der größte Teil der Welt abgeriegelt ist und die drohende Gefahr von Millionen Toten , müssen Forscher viel schneller ein wirksames Medikament finden.

Diese Situation hat meine Kollegen und mich vor die Herausforderung und Chance unseres Lebens gestellt: zur Lösung dieser gewaltigen globalen Gesundheits- und Wirtschaftskrise beizutragen Pandemie von SARS-CoV-2.

Angesichts dieser Krise haben wir hier am Quantitative Biosciences Institute (QBI) der University of California in San Francisco ein Team zusammengestellt, um herauszufinden, wie das Virus Zellen angreift.

Aber anstatt zu versuchen, auf der Grundlage dieser Informationen ein neues Medikament zu entwickeln, schauen wir zunächst, ob es heute Medikamente gibt, die diese Wege stören und das Coronavirus bekämpfen können.

Das Team aus 22 Laboren , das wir QCRG genannt haben, arbeitet in rasender Geschwindigkeit – buchstäblich rund um die Uhr und in Schichten – sieben Tage die Woche. Ich kann mir vorstellen, dass es sich so anfühlte, darin zu sein Kriegsbemühungen wie die Enigma-Codeknackergruppe während des Zweiten Weltkriegs, und unser Team hofft in ähnlicher Weise, unseren Feind zu entwaffnen, indem es seine inneren Abläufe versteht.

Ein heimlicher Gegner

Im Vergleich zu menschlichen Zellen sind Viren klein und können sich nicht selbst vermehren . Das Coronavirus besteht aus etwa 30 Proteinen , während eine menschliche Zelle mehr als 20.000 hat.

Um diese begrenzten Werkzeuge zu umgehen, wendet das Virus den menschlichen Körper geschickt gegen sich selbst an. Die Wege in eine menschliche Zelle sind normalerweise für Eindringlinge von außen verschlossen, aber das Coronavirus nutzt seine eigenen Proteine ​​wie Schlüssel, um diese „Schlösser“ zu öffnen und in die Zellen einer Person einzudringen.

Im Inneren bindet das Virus im Wesentlichen an Proteine, die die Zelle normalerweise für ihre eigenen Funktionen verwendet die Zelle entführen und in eine Coronavirus-Fabrik verwandeln . Wenn die Ressourcen und Mechanismen infizierter Zellen so umgerüstet werden, dass sie Tausende und Abertausende von Viren produzieren, beginnen die Zellen abzusterben.

Lungenzellen sind hierfür besonders anfällig, da sie große Mengen des „Lock“-Proteins exprimieren, das SARS-CoV-2 für den Eintritt nutzt. Das Absterben einer großen Zahl von Lungenzellen einer Person verursacht die mit COVID-19 verbundenen Atemwegsbeschwerden.

Es gibt zwei Möglichkeiten, sich zu wehren. Erstens könnten Medikamente die eigenen Proteine ​​​​des Virus angreifen und sie daran hindern, Aufgaben wie das Eindringen in die Zelle oder das Kopieren ihres genetischen Materials auszuführen, sobald sie sich in der Zelle befinden. Das ist wie Remdesivir – ein Medikament, das sich derzeit in klinischen Studien für COVID-19 befindet – wirkt .

Ein Problem bei diesem Ansatz besteht darin, dass Viren im Laufe der Zeit mutieren und sich verändern. In Zukunft könnte sich das Coronavirus auf eine Weise entwickeln, die ein Medikament wie Remdesivir unbrauchbar macht. Dieses Wettrüsten zwischen Drogen und Viren ist Warum Sie jedes Jahr eine neue Grippeimpfung brauchen .

Alternativ kann ein Medikament wirken, indem es die Interaktion eines viralen Proteins mit einem benötigten menschlichen Protein blockiert. Dieser Ansatz – im Wesentlichen der Schutz der Wirtsmaschinerie – hat einen großen Vorteil gegenüber der Deaktivierung des Virus selbst, da sich die menschliche Zelle nicht so schnell verändert.

Sobald Sie ein gutes Medikament gefunden haben, sollte es weiterhin wirken. Das ist der Ansatz, den unser Team verfolgt. Und es kann auch gegen andere neu auftretende Viren wirken.

Die Pläne des Feindes erfahren

Das erste, was unsere Gruppe tun musste, war, jeden Teil der Zellfabrik zu identifizieren, auf die das Coronavirus zur Reproduktion angewiesen ist. Wir mussten herausfinden, welche Proteine ​​das Virus kaperte.

Dazu wird ein Team eingesetzt mein Labor unternahm eine molekulare Fischereiexpedition im Inneren menschlicher Zellen. Anstelle eines Wurms an einem Haken verwendeten sie virale Proteine ​​mit daran befestigten winzigen chemischen Markierungen – sogenannte „Köder“.

Wir haben diese Köder in im Labor gezüchtete menschliche Zellen gegeben und sie dann herausgezogen, um zu sehen, was wir gefangen haben. Alles, was hängen blieb, war ein menschliches Protein, das das Virus während der Infektion kapert.

Am 2. März hatten wir eine unvollständige Liste der menschlichen Proteine, die das Coronavirus zum Gedeihen benötigt. Das waren die ersten Hinweise, die wir nutzen konnten. Ein Teammitglied schickte eine Nachricht an unsere Gruppe: „Erste Iteration, nur 3 Köder … die nächsten 5 Köder folgen.“ Der Kampf war eröffnet.

Gegenangriff

Nachdem wir diese Liste molekularer Ziele hatten, die das Virus zum Überleben benötigt, machten sich die Teammitglieder auf die Suche nach bekannten Verbindungen, die an diese Ziele binden und das Virus daran hindern könnten, sie zur Replikation zu verwenden.

Wenn eine Verbindung verhindern kann, dass sich das Virus im Körper einer Person kopiert, stoppt die Infektion. Aber man kann nicht einfach nach Belieben in zelluläre Prozesse eingreifen, ohne dem Körper möglicherweise Schaden zuzufügen.

Unser Team musste sicherstellen, dass die von uns identifizierten Verbindungen sicher und ungiftig für Menschen sind.

Der traditionelle Weg, dies zu tun, wäre Jahrelange vorklinische Studien und klinische Studien, die Millionen von Dollar kosten . Aber es gibt einen schnellen und im Grunde kostenlosen Weg, dies zu umgehen: den Blick auf die 20.000 von der FDA zugelassene Medikamente, deren Sicherheit bereits geprüft wurde . Vielleicht gibt es in dieser großen Liste ein Medikament, das das Coronavirus bekämpfen kann.

Unser Apotheke verwendeten eine riesige Datenbank, um die zugelassenen Medikamente und Proteine, mit denen sie interagieren, den Proteinen auf unserer Liste zuzuordnen. Sie haben letzte Woche 10 mögliche Medikamente gefunden.

Einer der Treffer war zum Beispiel ein Krebs Medikament namens JQ1. Obwohl wir nicht vorhersagen können, wie sich dieses Medikament auf das Virus auswirken könnte, besteht eine gute Chance, dass es etwas bewirkt. Durch Tests werden wir herausfinden, ob das den Patienten hilft.

Mit Blick auf die Es drohen weltweite Grenzschließungen , haben wir sofort Kisten mit diesen 10 Medikamenten an drei der wenigen Labore auf der Welt verschickt, die mit lebenden Coronavirus-Proben arbeiten: zwei um Die Pasteur-Institut in Paris Und Berg Sinai in New York .

Bis zum 13. März wurden die Medikamente in Zellen getestet, um festzustellen, ob sie die Vermehrung des Virus verhindern.

Meldungen vom Schlachtfeld

Unser Team wird bald von unseren Mitarbeitern am Mt. Sinai und am Pasteur-Institut erfahren, ob eines dieser ersten zehn Medikamente gegen SARS-CoV-2-Infektionen wirkt.

In der Zwischenzeit hat das Team weiter mit viralen Ködern gefischt und Hunderte zusätzlicher menschlicher Proteine ​​gefunden, die das Coronavirus kooptiert. Wir werden die Ergebnisse in Kürze im Online-Repository BioRxiv veröffentlichen.

Die gute Nachricht ist, dass unser Team bisher 50 Medikamente gefunden hat, die die von uns identifizierten menschlichen Proteine ​​binden. Diese große Zahl macht mich zuversichtlich, dass wir ein Medikament zur Behandlung von COVID-19 finden können.

Wenn wir ein zugelassenes Medikament finden, das das Fortschreiten des Virus sogar verlangsamt, sollten Ärzte in der Lage sein, es schnell den Patienten zuzuführen und Leben zu retten.

Nevan Krogan , Professor und Direktor des Quantitative Biosciences Institute, Universität von Kalifornien, San Francisco .

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