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ChemBioChem doi.org/10.1002/cbic.202100346
Nascosti in bella vista: prodotti naturali del microbiota
commensale come pressione di selezione ambientale per
l'aumento di nuove varianti di SARS-CoV-2
Jovan Dragelj,[un] Maria Andrea Mroginski,[un] e Kourosh H. Ebrahimi*[B]
Dall'emergere di SARS-CoV-2, è stata prestata poca attenzione all'interazione tra l'interazione del virus e
il microbiota commensale. Qui, abbiamo utilizzato l'aggancio molecolare e le simulazioni dinamiche per
studiare l'interazione di alcuni dei metaboliti noti e dei prodotti naturali (NP) prodotti dal microbiota
commensale con il dominio di legame del recettore (RBD) della glicoproteina spike di SARS-CoV-2. I
risultati prevedono che le NP del microbiota commensale come gli acidi biliari e i peptidi non
ribosomiali (NRP), di cui alcuni sono siderofori, si legano al RBD wild-type e interferiscono con il suo
legame al recettore ACE2. La mutazione N501Y, presente in molte delle varianti emergenti del virus,
abolisce la prevista tasca di legame degli acidi biliari e degli NRP. Sulla base di questi risultati, dati
sperimentali disponibili che mostrano che gli acidi biliari riducono l'affinità di legame dell'RBD wild-type
al recettore ACE2, e i dati che suggeriscono che il microbiota del tratto respiratorio influenza l'infezione
virale abbiamo avanzato la seguente proposta: mutazioni come N501Y consentono all'RBD di legarsi a il
recettore ACE2 in modo più efficace in presenza di NP prodotte dai batteri del tratto respiratorio,
aumentando così il tasso di infettività del virus. Speriamo che i nostri dati stimolino i lavori futuri per
comprendere meglio le interazioni delle NP prodotte dal microbiota commensale con virus respiratori
come SARS-CoV-2. mutazioni come N501Y consentono al RBD di legarsi al recettore ACE2 in modo più
efficace in presenza di NP prodotte dai batteri del tratto respiratorio, aumentando così il tasso di
infettività del virus. Speriamo che i nostri dati stimolino i lavori futuri per comprendere meglio le
interazioni delle NP prodotte dal microbiota commensale con virus respiratori come SARS-CoV-2.
mutazioni come N501Y consentono al RBD di legarsi al recettore ACE2 in modo più efficace in presenza
di NP prodotte dai batteri del tratto respiratorio, aumentando così il tasso di infettività del virus.
Speriamo che i nostri dati stimolino i lavori futuri per comprendere meglio le interazioni delle NP
prodotte dal microbiota commensale con virus respiratori come SARS-CoV-2.
Figura 1. Il muco è la prima barriera all'infezione delle cellule epiteliali da SARS-CoV-2.
(a) SARS-CoV-2 è un virus respiratorio e quando entra nel sistema respiratorio di un
individuo sano affronta il muco, che consiste in mucina e una popolazione sana di
batteri. (b) Dopo il percorso attraverso il muco, l'ingresso virale nelle cellule epiteliali
richiede l'attività proteolitica di TMPRSS2 per indurre cambiamenti conformazionali
nella glicoproteina spike. Di conseguenza, RBD è esposto e interagisce con il recettore
ACE2. (c) Struttura di RBD (Codice PDB: 7C8D). Vengono mostrate le mutazioni
osservate nelle tre principali varianti emergenti di SARS-CoV-2 (ciano). La mutazione
Asn501Tyr (N501Y) è presente in molte varianti. La superficie di RBD che si affaccia e
interagisce con il recettore ACE2 è colorata in blu.
La sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) è
diventata un'emergenza globale dall'inizio del 2020. Ora è chiaro che
al momento dell'ingresso nel tratto respiratorio il virus utilizza la sua
glicoproteina omotrimerica spike (proteina S) per legarsi al recettore
della cellula ospite enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2)
nelle cellule epiteliali nasali,[1] il sito primario dell'infezione da SARS-
CoV-2 (Figura 1a). Il tratto respiratorio è coperto da muco, che
consiste di mucine e vari batteri (Figura 1a).[2] Questo muco sano è la
prima barriera per virus respiratori come
SARS-CoV-2. È dimostrato che i batteri che risiedono nel tratto respiratorio
influenzano l'infezione da virus dell'influenza.[3–5] La comunità microbica
del muco si propone di essere il custode della salute respiratoria.[6] È
dimostrato che i cambiamenti nella popolazione e nella diversità di questi
microbioti sono legati alle infezioni virali respiratorie[3] compreso SARS-
CoV-2.[7–9] In-silico gli studi prevedono che i batteri del tratto respiratorio
superiore (URT) producono proteine con la capacità di legarsi all'RBD
riducendo la sua capacità di causare gravi infezioni,[7] e più recentemente
si suggerisce che il virus possa avere un comportamento fagico.[10] A
questo proposito, le potenziali interazioni dei prodotti naturali (NP) dei
batteri del tratto respiratorio con SARS-CoV-2 sono rimaste inesplorate.
Il sito principale dell'interazione di SARS-CoV-2 con il muco e
la cellula ospite è la sua glicoproteina spike omotrimerica.
[un] Dr. J. Dragelj, Prof. MA Mroginski
Institute of Chemistry,
Technische Universität di Berlino,
Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlino (Germania)
[B] Dr. KH Ebrahimi
Laboratorio di ricerca chimica
Dipartimento di Chimica, Università di Oxford,
Mansfield Road, Oxford OX1 3TA (Regno Unito)
E-mail: Kourosh.honarmandebrahimi@chem.ox.ac.uk
Le informazioni di supporto per questo articolo sono disponibili sul WWW sotto
https://doi.org/10.1002/cbic.202100346Le informazioni di supporto e i numeri di
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Per l'ingresso nelle cellule ospiti, la glicoproteina spike interagisce con la
proteasi transmembrana, la serina 2 (TMPRSS2) sulla superficie delle
cellule bersaglio (Figura 1b). L'attività proteolitica di TMPRSS2 induce un
cambiamento conformazionale nella glicoproteina spike inducendola ad
adottare uno stato aperto. Di conseguenza, il dominio di legame del
recettore (RBD) della glicoproteina spike è esposto e si lega all'enzima di
conversione dell'angiotensina 2 (ACE2) consentendo al virus di entrare
nelle cellule ospiti (Figura 1b)[11] molto simile a SARS-CoV-1.[12] Nel caso
della SARS-CoV-2, la neuropilina-1 (NRP1) ha dimostrato di essere un
fattore della cellula ospite che aiuta l'ingresso e l'infezione virale.[13]
Varianti emergenti del virus con tassi di mortalità e infettività più elevati
stanno rapidamente comparendo in tutto il mondo. Alcune varianti
recenti, che possono resistere alla risposta anticorpale,[14,15]
includono B.1.1.7 (la variante britannica), B.1.351 (la variante
sudafricana) e P.1 (la variante brasiliana). Tutte queste varianti
hanno ottenuto cambiamenti di aminoacidi nella glicoproteina
spike comprese mutazioni nel RBD (Figura 1c). La mutazione
comune dell'RBD tra tutte queste varianti è la sostituzione
dell'asparagina 501 con la tirosina (Asn501Tyr o N501Y) (Figura
1c). Le varianti emergenti hanno dimostrato di avere un
vantaggio replicativo e una maggiore trasmissibilità,[16,17] i cui
meccanismi molecolari sono rimasti vaghi. Le simulazioni di
dinamica molecolare suggeriscono che la mutazione N501Y può
aumentare[18,19] o diminuire[20] l'affinità di legame di RBD al
recettore ACE2. D'altra parte, studi che utilizzano virus
pseudotipizzati hanno rivelato che la mutazione N501Y non
aumenta il tasso di infettività delle varianti di SARSCoV-2 rispetto
al virus wild-type (WT) nei test cellulari.[21] Dati più recenti che
utilizzano modelli di criceto e test cellulari mostrano che i tassi di
replicazione delle varianti N501Y aumentano nelle vie
respiratorie superiori.[17] Questi risultati contrastanti ci hanno
suggerito che ulteriori fattori nel tratto respiratorio potrebbero
contribuire alla differenza tra il tasso di infettività più basso del
virus wild-type e quello delle sue varianti emergenti.
Poiché la prima barriera all'ingresso del virus nelle cellule ospiti è
il muco (Figura 1a), abbiamo ipotizzato che i metaboliti o i prodotti
naturali (NP) prodotti dai batteri che risiedono nel muco possano
legarsi al WT-RBD e interferire con la sua interazione con il recettore
ACE2 e quindi, l'ingresso virale nelle cellule ospiti. Per testare questa
ipotesi, abbiamo utilizzato simulazioni di docking molecolare
sfruttando il software open source PyRx (Supporting Methods),[22] che
utilizza il programma AutoDock Vina.[23] Abbiamo confrontato il
nostro approccio per stimarne l'accuratezza. Abbiamo previsto la
tasca di legame di un inibitore della bisindolilmaleimmide nel
dominio catalitico della protein chinasi umana C (PKC)? II e
confrontato il risultato con i dati strutturali riportati per lo stesso
inibitore (Figura 2).[24]
La tasca di legame prevista utilizzando il software PyRx è
identica alla tasca di legame osservata dell'inibitore nella
struttura cristallina a raggi X di PKC-II (Figura 2a). In entrambe le
tasche di legame previste e osservate la modalità di legame del
ligando è dettata dalle interazioni idrofobiche (Figura 2b).
L'energia libera di Gibbs prevista (?G) di legame era
8.3 (kCal/mol). Successivamente, abbiamo mirato a stimare l'errore per
il previsto?G. Abbiamo eseguito simulazioni di docking molecolare
utilizzando quattro ligandi previsti di RBD e confrontato il nostro ?Valori G
con quelli pubblicati utilizzando altri docking molecolare
Figura 2. Il software PyRx prevede in modo affidabile la tasca di legame dei ligandi.
(a) La tasca di legame prevista di 2-metil-1H-indol-3-il-BIM-1 (ID: ZINC8431832)
utilizzando il software PyRx (arancione) è identica alla tasca di legame osservata di
questo inibitore (verde) nell'X struttura cristallina a raggi della PKC . umana-II (Codice
PDB: 2I0E). (b) La modalità di legame e le interazioni previste dal software PyRx sono
simili a quelle osservate nella struttura cristallina a raggi X.
approcci (Metodi di supporto). Usando il previsto?Valori di G ottenuti
con il nostro approccio e quelli pubblicati in precedenza, abbiamo
stimato un errore di 0,55 (kCal/mol). Quindi, abbiamo usato a?Valore
G di 8.3 0,55 (kCal/mol) come punto di riferimento per identificare
metaboliti o NP con una ragionevole affinità di legame con l'RBD.
L'attuale conoscenza dell'intero spettro di metaboliti e NP
prodotti dai batteri del tratto respiratorio è limitata. Pertanto,
abbiamo esaminato alcuni dei più comuni metaboliti e NP
prodotti dal microbiota commensale tra cui aminoacidi, acidi
biliari, peptidi non ribosomiali (NRP) e vitamine (tabella di
supporto S1).[25–27] Abbiamo previsto la tasca di legame di ciascun
metabolita e NP (figure di supporto S1-S4) con la più piccola
energia libera di Gibbs (?G), che abbiamo usato per stimare il
costanti di dissociazione (KD) (metodi di supporto). Tra le varie
molecole testate, tauro-α-acido muricolico, acido taurocolico,
l'enterobactina e la tilvallina hanno un ?Valore G vicino al
valore di riferimento di 8.3 0,55 (kCal/ml). Quindi, questi
le molecole hanno una ragionevole affinità di legame con K . calcolatoD
valori di 0,45, 1,00, 0,74 e 0,82 mM, rispettivamente (Supporto
Tabella S1). Questi valori sono inferiori a quelli dell'acido folico (vitamina
B9) (Kd=2,1 mM), che si prevede si leghi all'RBD[28] e potrebbe aiutare
nel trattamento dei pazienti COVID-19.[29,30] Come esempio,
le previste tasche di rilegatura per tauro-α-sono mostrati l'acido
muricolico (Figura 3a) e la tilivallina (Figura 3b). La modalità
vincolante di tauro-α-l'acido muricolico e la tilivallina includono
legami idrogeno e interazioni idrofobiche (Figura a supporto S5).
L'acido tauro-alfa-muricolico, l'acido taurocolico, l'enterobactina
e la tilivallina hanno alcune caratteristiche comuni: hanno tutti
gruppi ossidrili aromatici e aromatici. Questi gruppi funzionali
sono presenti in altri ligandi come terpeni e farmaci, che si
prevede si leghino alla stessa tasca di legame nel RBD.[31,32]
Inoltre, questi gruppi funzionali sono presenti in altri acidi biliari[
33] e il farmaco Corilagin,[34] che hanno dimostrato di interferire
con il legame RBD al recettore ACE2 in saggi biochimici. La tasca
di legame prevista per NP come acidi biliari e NRP include
Asn501 (N501) (Figure 3a-b e
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abbiamo testato il legame di metaboliti e NP (tabella di supporto S1)
all'RBD di una variante che ospita la mutazione N501Y (N501Y-RBD).
Gli studi di docking molecolare hanno rivelato che la mutazione
N501Y abolisce la tasca di legame degli acidi biliari e degli NRP
osservati nel WT-RBD (tabella di supporto S1 e figure 3e–
F). Nel caso di tauro-α-l'acido muricolico e la tilvallina, il
previsto KD i valori sono rispettivamente 2,22 e 2,45 mM. Questi valori
all'interno dell'errore stimato sono significativamente più grandi (circa
5 volte) rispetto a quelli di tauro-α-l'acido muricolico e la tilivallina si
legano al WT-RBD. Inoltre, nell'N501Y-RBD la prevista tasca di
legame di tauro-α-l'acido muricolico (Figura 3g), la tilivallina (Figura
3h) e altri acidi biliari e NRP (Figure di supporto S6-S9) sono cambiati.
In questa nuova tasca di legame, l'interferenza delle NP con il
legame di N501Y-RBD al recettore ACE2 è ridotta al minimo (Figure
3g-h). La ragione per lo spostamento nel sito di legame è
potenzialmente l'ingombrante gruppo fenolico di Tyr501.
La prevista tasca di legame degli acidi biliari e degli NRP non ha
un sito di glicosilazione; tuttavia, esiste un sito di glicosilazione
distale (N343) (Figura a supporto S10).[35] I glicani N343 sono
importanti per la flessibilità del RBD durante la sua esposizione ma
non per la sua interazione diretta con il recettore ACE2.[36,37]
Coerentemente, utilizzando studi di docking molecolare non
abbiamo osservato una differenza tra la tasca di legame di NP come
l'acido taurocolico e la tilivalina nell'RBD glicosilato (N343) rispetto
all'RBD non glicosilato (Figura a supporto S10). Per valutare
ulteriormente i risultati degli studi di docking molecolare, abbiamo
eseguito la classica dinamica molecolare di tutti gli atomi
(MD) simulazioni di strutture glicosilate di WT-RBD e di N501Y-RBD, entrambe in complesso
con tilivallina. Per prima cosa abbiamo utilizzato simulazioni MD per valutare la flessibilità
della tirosina in presenza di tilivallina come ligando. Nelle nostre simulazioni MD, la tirosina
non ha mostrato una flessibilità significativa (Figura a supporto S11) a sostegno della proposta
che il suo gruppo fenolico voluminoso interferisce con il legame degli acidi biliari e degli NRP
all'RBD. Successivamente, abbiamo utilizzato simulazioni MD per studiare la stabilità
conformazionale della tilivallina nel sito di legame previsto delle strutture glicosilate di WT-
RBD e N501Y-RBD. Si prevedeva che l'energia di interazione tra la tillivalina e il sito di legame
RBD, mediata negli ultimi 4 ns delle simulazioni MD (a supporto della figura S12), fosse pari a
10,26 kCal/mol per N501Y-RBD e inferiore a 17,08 kCal/mol per WT-RBD. Quando legata al
N501Y-RBD, la tillivalina interagisce principalmente con i residui amminoacidici di RBD (Y501 e
Y505) in modo tale da posizionarsi al limite dell'interfaccia con il recettore ACE2 come rivelato
da un'attenta ispezione delle traiettorie MD (Figura di supporto S13). Questa osservazione
suggerisce che la tillivalina sarà facilmente spostata dal legame N501Y-RBD al recettore ACE2.
Pertanto, concludiamo che le simulazioni MD riproducono la tendenza prevista da un
approccio di docking statico: cioè la mutazione N501Y interferisce con il legame degli acidi
biliari e degli NRP all'RBD. Questa osservazione suggerisce che la tillivalina sarà facilmente
spostata dal legame N501Y-RBD al recettore ACE2. Pertanto, concludiamo che le simulazioni
MD riproducono la tendenza prevista da un approccio di docking statico: cioè la mutazione
N501Y interferisce con il legame degli acidi biliari e degli NRP all'RBD. Questa osservazione
suggerisce che la tillivalina sarà facilmente spostata dal legame N501Y-RBD al recettore ACE2.
Pertanto, concludiamo che le simulazioni MD riproducono la tendenza prevista da un
approccio di docking statico: cioè la mutazione N501Y interferisce con il legame degli acidi
biliari e degli NRP all'RBD.
In sintesi, il nostro in-silico gli studi hanno rivelato che le NP del
microbiota commensale come gli acidi biliari e gli NRP possono
legarsi al WT-RBD di SARS-CoV-2 con una ragionevole affinità e che la
mutazione N501Y interferisce con il loro legame al RBD. Sebbene
non siamo riusciti a ottenere dati sperimentali a sostegno del nostro
in-silico studi, precedenti studi biochimici hanno riportato
Figura 3. La mutazione Asn501Tyr (N501Y) abolisce la tasca di legame degli
acidi biliari e degli NRP nel WT-RBD. (a) Il sito di legame previsto di tauro-α-
acido muricolico (arancione) e (b) quello della tilivallina (giallo) in WT-RBD. In questo
sito di legame (c) tauro-α-l'acido muricolico e (d) la tilivallina interferiscono con il
legame WT-RBD al recettore ACE2 come osservato allineando i siti di legame previsti
con la struttura risolta del recettore RBD-ACE2 (codice PDB: 7C8D). (e) La mutazione
Asn501Tyr (N501Y) sposta la tasca di legame del tauro-α-
acido muricolico (arancione) e (f) tilivallina (giallo). La nuova tasca di legame ha
un'affinità significativamente inferiore per queste NP (tabella di supporto S1) e in
questa tasca l'interferenza di (g) tauro-α-l'acido muricolico (arancione) e (h) la
tilivallina con il legame N501Y-RBD al recettore ACE2 è ridotto al minimo come
osservato allineando il sito di legame previsto con la struttura risolta del recettore
RBD-ACE2 (codice PDB: 7NXC).
Figure di supporto S1-S4). L'allineamento della tasca di legame
prevista con la struttura del complesso RBD-ACE2 ha rivelato che gli
acidi biliari come il tauro-α-l'acido muricolico (Figura 3c) e gli NRP
come la tilivallina (Figura 3d) interferiscono direttamente con le
interazioni tra i residui amminoacidici di WT-RBD e quelli del
recettore ACE2. Questi dati suggeriscono fortemente che le NP
prodotte dal microbiota commensale interferiscono con il legame
WT-RBD al recettore ACE2 coerentemente con i dati biochimici
riportati per gli acidi biliari.[33] Poiché la tasca di legame prevista per
la maggior parte delle NP include l'aminoacido Asn501 (Figure 3a–b e
Supporting Figure S1–S4), che in molte delle varianti emergenti di
SARS-CoV-2 è sostituito da una tirosina (N501Y) ( Figura 1c), abbiamo
ipotizzato che questa mutazione potesse interferire con il legame
degli acidi biliari e degli NRP all'RBD. Dunque,
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che gli acidi biliari interferiscono con l'interazione di WT-RBD con il
recettore ACE2.[33] Inoltre, la nostra conoscenza delle NP prodotte dal
microbiota del tratto respiratorio è molto limitata ed è probabile che
producano NP sconosciute con una maggiore affinità di legame con
l'RBD. Quindi, postuliamo che le NP prodotte dal microbiota
commensale, ad esempio acidi biliari o NRP, interagiscano con il WT-
RBD e queste interazioni riducano l'affinità di legame (o
indotta dall'ospite dirige continuamente l'evoluzione e l'adattamento
del virus. Per le varianti della glicoproteina spike di SARS-CoV-2
esistono almeno due pressioni della sezione ambientale: gli anticorpi
prodotti dal sistema immunitario e i batteri sani nel muco, che è la
prima barriera per l'ingresso virale nelle cellule ospiti. Sono necessari
studi futuri per verificare la validità di questa ipotesi. Inoltre, i nostri
risultati suggeriscono che un cambiamento nella popolazione dei
batteri sani delle vie respiratorie, che può verificarsi a causa
dell'invecchiamento e del fumo,[39,40] potrebbe contribuire alla gravità
della malattia coerente con i rapporti precedenti.[7–9] I nostri studi in
silico suggeriscono che le NP prodotte dal microbiota commensale
possono avere applicazioni terapeutiche. Speriamo che i nostri
risultati stimolino lavori futuri per studiare e scoprire NP prodotti da
vari batteri che vivono nel tratto respiratorio e per comprendere
meglio le loro interazioni con virus respiratori come SARS-CoV-2.
aumentare il KD) della glicoproteina spike di SARS-CoV-2 al
recettore ACE2. Nelle varianti emergenti con mutazioni come
N501Y, acidi biliari o NRP non possono interagire efficacemente
con l'RBD e quindi non interferiscono con l'ingresso del virus
nelle cellule ospiti. In alternativa, è possibile che N501Y o altre
mutazioni dell'RBD come quelle presenti nella variante B.1.617.2
(variante delta, rilevata per la prima volta in India) aumentino le
interazioni dell'RBD con il recettore ACE2[38] e quindi,
migliorando il suo legame al recettore ACE2 in presenza di NP
microbiche (Figura 4a).
Questa proposta aiuta a comprendere il meccanismo molecolare
alla base dell'emergenza e dei tassi di infettività più elevati di nuove
varianti di SARS-CoV-2. Di conseguenza, abbiamo proposto un
modello ipotetico per un ruolo dei batteri del tratto respiratorio
nell'evoluzione di SARS-CoV-2 (Figura 4b). La pressione di selezione
Ringraziamenti
Il KHE ringrazia il Professor Fraser A. Armstrong (Università di
Oxford) e il Professor Wilfred R. Hagen (TU Delft), il Professor William
James (Università di Oxford) e il Professor James McCullagh
(Università di Oxford) per il loro generoso sostegno. KHE è grato alla
European Molecular Biology Organization (EMBO) (EMBO ALTF
157-2015), COST (European Cooperation in Science and Technology)
Action CA15133 (ECOST-STSM-Request-CA15133-44200), e CRUK
Oxford Developmental Fund (CRUKDF – 0221 – KHE) per il generoso
sostegno finanziario della sua ricerca. MAM e JD riconoscono il
finanziamento da parte della Deutsche Forschungsgemeinschaft
(DFG, German Research Foundation) nell'ambito della strategia di
eccellenza tedesca - EXC 2008 – 390540038 – UniSysCat.
Conflitto d'interesse
Gli autori dichiarano assenza di conflitto di interesse.
Parole chiave: acidi biliari · microbiota commensale · prodotti
naturali · PNR · SARS-CoV-2
[1] W. Sungnak, N. Huang, C. Becavin, M. Berg, R. Queen, M. Litvinukova, C.
Talavera-Lopez, H. Maatz, D. Reichart, F. Sampaziotis, KB Worlock, M.
Yoshida, JL Barnes, HLB Network, Naz. Med.2020, 26, 681-687.
[2] BX Wang, CM Wu, K. Ribbeck, FEBS J. 2020, 288, 1789-1799.
[3] M. Hauptmann, UE Schaible, FEBS Lett. 2016, 590, 3721-3738.
[4] U. Neu, BA Mainou, PLoS Pathog. 2020, 16, e1008234.
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[8] K. Kalantar-Zadeh, Rione SA, K. Kalantar-Zadeh, EM El-Omar,
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[9] Y. He, J. Wang, F. Li, Y. Shi, Davanti. Microbiolo.2020, 11, 1302.
[10] M. Petrillo, C. Brogna, S. Cristoni, M. Querci, O. Piazza, G. Van den Eede,
Figura 4.Le NP prodotte da batteri sani nel muco sono una pressione selettiva
ambientale per l'aumento di varianti di virus respiratori come SARS-CoV-2. (a)
NP come acidi biliari e/o NRP prodotti da batteri sani interferiscono con il
legame WT-RBD al recettore ACE2. La mutazione N501Y o altre mutazioni
interferiscono con il legame delle NP con l'RBD e/o aumentano l'interazione
dell'RBD con il recettore ACD2. Di conseguenza, consentono al virus di sfuggire
alle NP di batteri sani e quindi aumentano l'infettività del virus. (b) All'ingresso
del virus nel corpo umano, la glicoproteina spike del virus interagisce con le NP
prodotte dai batteri nel muco. Queste NP agiscono come una pressione di
selezione ambientale insieme alla risposta anticorpale che porta all'emergere
di nuove varianti di SARS-CoV-2 con tassi di infettività e/o mortalità più elevati.
F1000Ricerca 2021, 10, 370.
[11] AC Walls, Y.-J. Parco, MA Tortorici, A. Muro,
Cellula 2020, 181, 281-292.
AT McGuire, D. Veesler,
ChemBioChem 2021, 22, 1–6 www.chebiochem.org 4
Questi non sono i numeri di pagina finali!
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[16] F. Grabowski, G. Preibisch, S. Gizniski, M. Kochanczyk, T. Lipniacki,
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[17] Y. Liu, J. Liu, KS Plante, JA Plante, X. Xie, X. Zhang, Z. Ku, Z. An, D. Scharton,
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[21] Q. Li, J. Nie, J. Wu, L. Zhang, R. Ding, H. Wang, Y. Zhang, T. Li, S. Liu, M.
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[24] N. Grodsky, Y. Li, D. Bouzida, R. Love, J. Jensen, B. Nodes, J. Nonomiya,
[28] V. Kumar, S. Kancharla, MK Jena, VirusMalattia 2021, 32, 1–9.
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[40] C. Kumpitsch, K. Koskinen, V. Schopf, C. Moissl-Eichinger, BMC Biol 2019,
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S. Concessione, Biochimica 2006, 45, 13970-13981.
[25] MS Donia, MA Fisehbach, Scienza 2015, 349, 1254766.
[26] JR Brestoff, D. Artis, Naz. immunolo.2013, 14, 676-684.
[27] A. Agus, K. Clement, H. Sokol, Intestino 2020, 70, 1174–1182.
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COMUNICAZIONI
Studi in silico suggeriscono che le NP
come acidi biliari e non ribosomiali
i peptidi (NRP) prodotti dai batteri che
risiedono nel tratto respiratorio
possono interferire con il legame del
ceppo originale di SARS-CoV-2 al
recettore ACE2, ma non con il legame
delle varianti emergenti aventi la
mutazione N501Y. Pertanto, si ipotizza
che le NP dei batteri del tratto
respiratorio siano una pressione
selettiva ambientale per l'aumento di
nuove varianti del virus con un tasso di
infettività più elevato.
Dott. J. Dragelj, Prof. MA Mroginski,
Dott. KH Ebrahimi*
1 – 6
Nascosti in bella vista: prodotti
naturali del microbiota commensale
come pressione di selezione
ambientale per l'aumento di nuove
varianti di SARS-CoV-2

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Microbiota e selezione delle varianti del sars cov-2

  • 1. Comunicazioni ChemBioChem doi.org/10.1002/cbic.202100346 Nascosti in bella vista: prodotti naturali del microbiota commensale come pressione di selezione ambientale per l'aumento di nuove varianti di SARS-CoV-2 Jovan Dragelj,[un] Maria Andrea Mroginski,[un] e Kourosh H. Ebrahimi*[B] Dall'emergere di SARS-CoV-2, è stata prestata poca attenzione all'interazione tra l'interazione del virus e il microbiota commensale. Qui, abbiamo utilizzato l'aggancio molecolare e le simulazioni dinamiche per studiare l'interazione di alcuni dei metaboliti noti e dei prodotti naturali (NP) prodotti dal microbiota commensale con il dominio di legame del recettore (RBD) della glicoproteina spike di SARS-CoV-2. I risultati prevedono che le NP del microbiota commensale come gli acidi biliari e i peptidi non ribosomiali (NRP), di cui alcuni sono siderofori, si legano al RBD wild-type e interferiscono con il suo legame al recettore ACE2. La mutazione N501Y, presente in molte delle varianti emergenti del virus, abolisce la prevista tasca di legame degli acidi biliari e degli NRP. Sulla base di questi risultati, dati sperimentali disponibili che mostrano che gli acidi biliari riducono l'affinità di legame dell'RBD wild-type al recettore ACE2, e i dati che suggeriscono che il microbiota del tratto respiratorio influenza l'infezione virale abbiamo avanzato la seguente proposta: mutazioni come N501Y consentono all'RBD di legarsi a il recettore ACE2 in modo più efficace in presenza di NP prodotte dai batteri del tratto respiratorio, aumentando così il tasso di infettività del virus. Speriamo che i nostri dati stimolino i lavori futuri per comprendere meglio le interazioni delle NP prodotte dal microbiota commensale con virus respiratori come SARS-CoV-2. mutazioni come N501Y consentono al RBD di legarsi al recettore ACE2 in modo più efficace in presenza di NP prodotte dai batteri del tratto respiratorio, aumentando così il tasso di infettività del virus. Speriamo che i nostri dati stimolino i lavori futuri per comprendere meglio le interazioni delle NP prodotte dal microbiota commensale con virus respiratori come SARS-CoV-2. mutazioni come N501Y consentono al RBD di legarsi al recettore ACE2 in modo più efficace in presenza di NP prodotte dai batteri del tratto respiratorio, aumentando così il tasso di infettività del virus. Speriamo che i nostri dati stimolino i lavori futuri per comprendere meglio le interazioni delle NP prodotte dal microbiota commensale con virus respiratori come SARS-CoV-2. Figura 1. Il muco è la prima barriera all'infezione delle cellule epiteliali da SARS-CoV-2. (a) SARS-CoV-2 è un virus respiratorio e quando entra nel sistema respiratorio di un individuo sano affronta il muco, che consiste in mucina e una popolazione sana di batteri. (b) Dopo il percorso attraverso il muco, l'ingresso virale nelle cellule epiteliali richiede l'attività proteolitica di TMPRSS2 per indurre cambiamenti conformazionali nella glicoproteina spike. Di conseguenza, RBD è esposto e interagisce con il recettore ACE2. (c) Struttura di RBD (Codice PDB: 7C8D). Vengono mostrate le mutazioni osservate nelle tre principali varianti emergenti di SARS-CoV-2 (ciano). La mutazione Asn501Tyr (N501Y) è presente in molte varianti. La superficie di RBD che si affaccia e interagisce con il recettore ACE2 è colorata in blu. La sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) è diventata un'emergenza globale dall'inizio del 2020. Ora è chiaro che al momento dell'ingresso nel tratto respiratorio il virus utilizza la sua glicoproteina omotrimerica spike (proteina S) per legarsi al recettore della cellula ospite enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2) nelle cellule epiteliali nasali,[1] il sito primario dell'infezione da SARS- CoV-2 (Figura 1a). Il tratto respiratorio è coperto da muco, che consiste di mucine e vari batteri (Figura 1a).[2] Questo muco sano è la prima barriera per virus respiratori come SARS-CoV-2. È dimostrato che i batteri che risiedono nel tratto respiratorio influenzano l'infezione da virus dell'influenza.[3–5] La comunità microbica del muco si propone di essere il custode della salute respiratoria.[6] È dimostrato che i cambiamenti nella popolazione e nella diversità di questi microbioti sono legati alle infezioni virali respiratorie[3] compreso SARS- CoV-2.[7–9] In-silico gli studi prevedono che i batteri del tratto respiratorio superiore (URT) producono proteine con la capacità di legarsi all'RBD riducendo la sua capacità di causare gravi infezioni,[7] e più recentemente si suggerisce che il virus possa avere un comportamento fagico.[10] A questo proposito, le potenziali interazioni dei prodotti naturali (NP) dei batteri del tratto respiratorio con SARS-CoV-2 sono rimaste inesplorate. Il sito principale dell'interazione di SARS-CoV-2 con il muco e la cellula ospite è la sua glicoproteina spike omotrimerica. [un] Dr. J. Dragelj, Prof. MA Mroginski Institute of Chemistry, Technische Universität di Berlino, Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlino (Germania) [B] Dr. KH Ebrahimi Laboratorio di ricerca chimica Dipartimento di Chimica, Università di Oxford, Mansfield Road, Oxford OX1 3TA (Regno Unito) E-mail: Kourosh.honarmandebrahimi@chem.ox.ac.uk Le informazioni di supporto per questo articolo sono disponibili sul WWW sotto https://doi.org/10.1002/cbic.202100346Le informazioni di supporto e i numeri di identificazione ORCID per gli autori di questo articolo possono essere trovati sotto https://dx.doi.org/ 10.1002/cbic.202100346. ChemBioChem 2021, 22, 1–6 1 © 2021 Wiley-VCH GmbH Questi non sono i numeri di pagina finali!
  • 2. Comunicazioni ChemBioChem doi.org/10.1002/cbic.202100346 Per l'ingresso nelle cellule ospiti, la glicoproteina spike interagisce con la proteasi transmembrana, la serina 2 (TMPRSS2) sulla superficie delle cellule bersaglio (Figura 1b). L'attività proteolitica di TMPRSS2 induce un cambiamento conformazionale nella glicoproteina spike inducendola ad adottare uno stato aperto. Di conseguenza, il dominio di legame del recettore (RBD) della glicoproteina spike è esposto e si lega all'enzima di conversione dell'angiotensina 2 (ACE2) consentendo al virus di entrare nelle cellule ospiti (Figura 1b)[11] molto simile a SARS-CoV-1.[12] Nel caso della SARS-CoV-2, la neuropilina-1 (NRP1) ha dimostrato di essere un fattore della cellula ospite che aiuta l'ingresso e l'infezione virale.[13] Varianti emergenti del virus con tassi di mortalità e infettività più elevati stanno rapidamente comparendo in tutto il mondo. Alcune varianti recenti, che possono resistere alla risposta anticorpale,[14,15] includono B.1.1.7 (la variante britannica), B.1.351 (la variante sudafricana) e P.1 (la variante brasiliana). Tutte queste varianti hanno ottenuto cambiamenti di aminoacidi nella glicoproteina spike comprese mutazioni nel RBD (Figura 1c). La mutazione comune dell'RBD tra tutte queste varianti è la sostituzione dell'asparagina 501 con la tirosina (Asn501Tyr o N501Y) (Figura 1c). Le varianti emergenti hanno dimostrato di avere un vantaggio replicativo e una maggiore trasmissibilità,[16,17] i cui meccanismi molecolari sono rimasti vaghi. Le simulazioni di dinamica molecolare suggeriscono che la mutazione N501Y può aumentare[18,19] o diminuire[20] l'affinità di legame di RBD al recettore ACE2. D'altra parte, studi che utilizzano virus pseudotipizzati hanno rivelato che la mutazione N501Y non aumenta il tasso di infettività delle varianti di SARSCoV-2 rispetto al virus wild-type (WT) nei test cellulari.[21] Dati più recenti che utilizzano modelli di criceto e test cellulari mostrano che i tassi di replicazione delle varianti N501Y aumentano nelle vie respiratorie superiori.[17] Questi risultati contrastanti ci hanno suggerito che ulteriori fattori nel tratto respiratorio potrebbero contribuire alla differenza tra il tasso di infettività più basso del virus wild-type e quello delle sue varianti emergenti. Poiché la prima barriera all'ingresso del virus nelle cellule ospiti è il muco (Figura 1a), abbiamo ipotizzato che i metaboliti o i prodotti naturali (NP) prodotti dai batteri che risiedono nel muco possano legarsi al WT-RBD e interferire con la sua interazione con il recettore ACE2 e quindi, l'ingresso virale nelle cellule ospiti. Per testare questa ipotesi, abbiamo utilizzato simulazioni di docking molecolare sfruttando il software open source PyRx (Supporting Methods),[22] che utilizza il programma AutoDock Vina.[23] Abbiamo confrontato il nostro approccio per stimarne l'accuratezza. Abbiamo previsto la tasca di legame di un inibitore della bisindolilmaleimmide nel dominio catalitico della protein chinasi umana C (PKC)? II e confrontato il risultato con i dati strutturali riportati per lo stesso inibitore (Figura 2).[24] La tasca di legame prevista utilizzando il software PyRx è identica alla tasca di legame osservata dell'inibitore nella struttura cristallina a raggi X di PKC-II (Figura 2a). In entrambe le tasche di legame previste e osservate la modalità di legame del ligando è dettata dalle interazioni idrofobiche (Figura 2b). L'energia libera di Gibbs prevista (?G) di legame era 8.3 (kCal/mol). Successivamente, abbiamo mirato a stimare l'errore per il previsto?G. Abbiamo eseguito simulazioni di docking molecolare utilizzando quattro ligandi previsti di RBD e confrontato il nostro ?Valori G con quelli pubblicati utilizzando altri docking molecolare Figura 2. Il software PyRx prevede in modo affidabile la tasca di legame dei ligandi. (a) La tasca di legame prevista di 2-metil-1H-indol-3-il-BIM-1 (ID: ZINC8431832) utilizzando il software PyRx (arancione) è identica alla tasca di legame osservata di questo inibitore (verde) nell'X struttura cristallina a raggi della PKC . umana-II (Codice PDB: 2I0E). (b) La modalità di legame e le interazioni previste dal software PyRx sono simili a quelle osservate nella struttura cristallina a raggi X. approcci (Metodi di supporto). Usando il previsto?Valori di G ottenuti con il nostro approccio e quelli pubblicati in precedenza, abbiamo stimato un errore di 0,55 (kCal/mol). Quindi, abbiamo usato a?Valore G di 8.3 0,55 (kCal/mol) come punto di riferimento per identificare metaboliti o NP con una ragionevole affinità di legame con l'RBD. L'attuale conoscenza dell'intero spettro di metaboliti e NP prodotti dai batteri del tratto respiratorio è limitata. Pertanto, abbiamo esaminato alcuni dei più comuni metaboliti e NP prodotti dal microbiota commensale tra cui aminoacidi, acidi biliari, peptidi non ribosomiali (NRP) e vitamine (tabella di supporto S1).[25–27] Abbiamo previsto la tasca di legame di ciascun metabolita e NP (figure di supporto S1-S4) con la più piccola energia libera di Gibbs (?G), che abbiamo usato per stimare il costanti di dissociazione (KD) (metodi di supporto). Tra le varie molecole testate, tauro-α-acido muricolico, acido taurocolico, l'enterobactina e la tilvallina hanno un ?Valore G vicino al valore di riferimento di 8.3 0,55 (kCal/ml). Quindi, questi le molecole hanno una ragionevole affinità di legame con K . calcolatoD valori di 0,45, 1,00, 0,74 e 0,82 mM, rispettivamente (Supporto Tabella S1). Questi valori sono inferiori a quelli dell'acido folico (vitamina B9) (Kd=2,1 mM), che si prevede si leghi all'RBD[28] e potrebbe aiutare nel trattamento dei pazienti COVID-19.[29,30] Come esempio, le previste tasche di rilegatura per tauro-α-sono mostrati l'acido muricolico (Figura 3a) e la tilivallina (Figura 3b). La modalità vincolante di tauro-α-l'acido muricolico e la tilivallina includono legami idrogeno e interazioni idrofobiche (Figura a supporto S5). L'acido tauro-alfa-muricolico, l'acido taurocolico, l'enterobactina e la tilivallina hanno alcune caratteristiche comuni: hanno tutti gruppi ossidrili aromatici e aromatici. Questi gruppi funzionali sono presenti in altri ligandi come terpeni e farmaci, che si prevede si leghino alla stessa tasca di legame nel RBD.[31,32] Inoltre, questi gruppi funzionali sono presenti in altri acidi biliari[ 33] e il farmaco Corilagin,[34] che hanno dimostrato di interferire con il legame RBD al recettore ACE2 in saggi biochimici. La tasca di legame prevista per NP come acidi biliari e NRP include Asn501 (N501) (Figure 3a-b e ChemBioChem 2021, 22, 1–6 www.chebiochem.org 2 © 2021 Wiley-VCH GmbH Questi non sono i numeri di pagina finali!
  • 3. Comunicazioni ChemBioChem doi.org/10.1002/cbic.202100346 abbiamo testato il legame di metaboliti e NP (tabella di supporto S1) all'RBD di una variante che ospita la mutazione N501Y (N501Y-RBD). Gli studi di docking molecolare hanno rivelato che la mutazione N501Y abolisce la tasca di legame degli acidi biliari e degli NRP osservati nel WT-RBD (tabella di supporto S1 e figure 3e– F). Nel caso di tauro-α-l'acido muricolico e la tilvallina, il previsto KD i valori sono rispettivamente 2,22 e 2,45 mM. Questi valori all'interno dell'errore stimato sono significativamente più grandi (circa 5 volte) rispetto a quelli di tauro-α-l'acido muricolico e la tilivallina si legano al WT-RBD. Inoltre, nell'N501Y-RBD la prevista tasca di legame di tauro-α-l'acido muricolico (Figura 3g), la tilivallina (Figura 3h) e altri acidi biliari e NRP (Figure di supporto S6-S9) sono cambiati. In questa nuova tasca di legame, l'interferenza delle NP con il legame di N501Y-RBD al recettore ACE2 è ridotta al minimo (Figure 3g-h). La ragione per lo spostamento nel sito di legame è potenzialmente l'ingombrante gruppo fenolico di Tyr501. La prevista tasca di legame degli acidi biliari e degli NRP non ha un sito di glicosilazione; tuttavia, esiste un sito di glicosilazione distale (N343) (Figura a supporto S10).[35] I glicani N343 sono importanti per la flessibilità del RBD durante la sua esposizione ma non per la sua interazione diretta con il recettore ACE2.[36,37] Coerentemente, utilizzando studi di docking molecolare non abbiamo osservato una differenza tra la tasca di legame di NP come l'acido taurocolico e la tilivalina nell'RBD glicosilato (N343) rispetto all'RBD non glicosilato (Figura a supporto S10). Per valutare ulteriormente i risultati degli studi di docking molecolare, abbiamo eseguito la classica dinamica molecolare di tutti gli atomi (MD) simulazioni di strutture glicosilate di WT-RBD e di N501Y-RBD, entrambe in complesso con tilivallina. Per prima cosa abbiamo utilizzato simulazioni MD per valutare la flessibilità della tirosina in presenza di tilivallina come ligando. Nelle nostre simulazioni MD, la tirosina non ha mostrato una flessibilità significativa (Figura a supporto S11) a sostegno della proposta che il suo gruppo fenolico voluminoso interferisce con il legame degli acidi biliari e degli NRP all'RBD. Successivamente, abbiamo utilizzato simulazioni MD per studiare la stabilità conformazionale della tilivallina nel sito di legame previsto delle strutture glicosilate di WT- RBD e N501Y-RBD. Si prevedeva che l'energia di interazione tra la tillivalina e il sito di legame RBD, mediata negli ultimi 4 ns delle simulazioni MD (a supporto della figura S12), fosse pari a 10,26 kCal/mol per N501Y-RBD e inferiore a 17,08 kCal/mol per WT-RBD. Quando legata al N501Y-RBD, la tillivalina interagisce principalmente con i residui amminoacidici di RBD (Y501 e Y505) in modo tale da posizionarsi al limite dell'interfaccia con il recettore ACE2 come rivelato da un'attenta ispezione delle traiettorie MD (Figura di supporto S13). Questa osservazione suggerisce che la tillivalina sarà facilmente spostata dal legame N501Y-RBD al recettore ACE2. Pertanto, concludiamo che le simulazioni MD riproducono la tendenza prevista da un approccio di docking statico: cioè la mutazione N501Y interferisce con il legame degli acidi biliari e degli NRP all'RBD. Questa osservazione suggerisce che la tillivalina sarà facilmente spostata dal legame N501Y-RBD al recettore ACE2. Pertanto, concludiamo che le simulazioni MD riproducono la tendenza prevista da un approccio di docking statico: cioè la mutazione N501Y interferisce con il legame degli acidi biliari e degli NRP all'RBD. Questa osservazione suggerisce che la tillivalina sarà facilmente spostata dal legame N501Y-RBD al recettore ACE2. Pertanto, concludiamo che le simulazioni MD riproducono la tendenza prevista da un approccio di docking statico: cioè la mutazione N501Y interferisce con il legame degli acidi biliari e degli NRP all'RBD. In sintesi, il nostro in-silico gli studi hanno rivelato che le NP del microbiota commensale come gli acidi biliari e gli NRP possono legarsi al WT-RBD di SARS-CoV-2 con una ragionevole affinità e che la mutazione N501Y interferisce con il loro legame al RBD. Sebbene non siamo riusciti a ottenere dati sperimentali a sostegno del nostro in-silico studi, precedenti studi biochimici hanno riportato Figura 3. La mutazione Asn501Tyr (N501Y) abolisce la tasca di legame degli acidi biliari e degli NRP nel WT-RBD. (a) Il sito di legame previsto di tauro-α- acido muricolico (arancione) e (b) quello della tilivallina (giallo) in WT-RBD. In questo sito di legame (c) tauro-α-l'acido muricolico e (d) la tilivallina interferiscono con il legame WT-RBD al recettore ACE2 come osservato allineando i siti di legame previsti con la struttura risolta del recettore RBD-ACE2 (codice PDB: 7C8D). (e) La mutazione Asn501Tyr (N501Y) sposta la tasca di legame del tauro-α- acido muricolico (arancione) e (f) tilivallina (giallo). La nuova tasca di legame ha un'affinità significativamente inferiore per queste NP (tabella di supporto S1) e in questa tasca l'interferenza di (g) tauro-α-l'acido muricolico (arancione) e (h) la tilivallina con il legame N501Y-RBD al recettore ACE2 è ridotto al minimo come osservato allineando il sito di legame previsto con la struttura risolta del recettore RBD-ACE2 (codice PDB: 7NXC). Figure di supporto S1-S4). L'allineamento della tasca di legame prevista con la struttura del complesso RBD-ACE2 ha rivelato che gli acidi biliari come il tauro-α-l'acido muricolico (Figura 3c) e gli NRP come la tilivallina (Figura 3d) interferiscono direttamente con le interazioni tra i residui amminoacidici di WT-RBD e quelli del recettore ACE2. Questi dati suggeriscono fortemente che le NP prodotte dal microbiota commensale interferiscono con il legame WT-RBD al recettore ACE2 coerentemente con i dati biochimici riportati per gli acidi biliari.[33] Poiché la tasca di legame prevista per la maggior parte delle NP include l'aminoacido Asn501 (Figure 3a–b e Supporting Figure S1–S4), che in molte delle varianti emergenti di SARS-CoV-2 è sostituito da una tirosina (N501Y) ( Figura 1c), abbiamo ipotizzato che questa mutazione potesse interferire con il legame degli acidi biliari e degli NRP all'RBD. Dunque, ChemBioChem 2021, 22, 1–6 www.chebiochem.org 3 © 2021 Wiley-VCH GmbH Questi non sono i numeri di pagina finali!
  • 4. Comunicazioni ChemBioChem doi.org/10.1002/cbic.202100346 che gli acidi biliari interferiscono con l'interazione di WT-RBD con il recettore ACE2.[33] Inoltre, la nostra conoscenza delle NP prodotte dal microbiota del tratto respiratorio è molto limitata ed è probabile che producano NP sconosciute con una maggiore affinità di legame con l'RBD. Quindi, postuliamo che le NP prodotte dal microbiota commensale, ad esempio acidi biliari o NRP, interagiscano con il WT- RBD e queste interazioni riducano l'affinità di legame (o indotta dall'ospite dirige continuamente l'evoluzione e l'adattamento del virus. Per le varianti della glicoproteina spike di SARS-CoV-2 esistono almeno due pressioni della sezione ambientale: gli anticorpi prodotti dal sistema immunitario e i batteri sani nel muco, che è la prima barriera per l'ingresso virale nelle cellule ospiti. Sono necessari studi futuri per verificare la validità di questa ipotesi. Inoltre, i nostri risultati suggeriscono che un cambiamento nella popolazione dei batteri sani delle vie respiratorie, che può verificarsi a causa dell'invecchiamento e del fumo,[39,40] potrebbe contribuire alla gravità della malattia coerente con i rapporti precedenti.[7–9] I nostri studi in silico suggeriscono che le NP prodotte dal microbiota commensale possono avere applicazioni terapeutiche. Speriamo che i nostri risultati stimolino lavori futuri per studiare e scoprire NP prodotti da vari batteri che vivono nel tratto respiratorio e per comprendere meglio le loro interazioni con virus respiratori come SARS-CoV-2. aumentare il KD) della glicoproteina spike di SARS-CoV-2 al recettore ACE2. Nelle varianti emergenti con mutazioni come N501Y, acidi biliari o NRP non possono interagire efficacemente con l'RBD e quindi non interferiscono con l'ingresso del virus nelle cellule ospiti. In alternativa, è possibile che N501Y o altre mutazioni dell'RBD come quelle presenti nella variante B.1.617.2 (variante delta, rilevata per la prima volta in India) aumentino le interazioni dell'RBD con il recettore ACE2[38] e quindi, migliorando il suo legame al recettore ACE2 in presenza di NP microbiche (Figura 4a). Questa proposta aiuta a comprendere il meccanismo molecolare alla base dell'emergenza e dei tassi di infettività più elevati di nuove varianti di SARS-CoV-2. Di conseguenza, abbiamo proposto un modello ipotetico per un ruolo dei batteri del tratto respiratorio nell'evoluzione di SARS-CoV-2 (Figura 4b). La pressione di selezione Ringraziamenti Il KHE ringrazia il Professor Fraser A. Armstrong (Università di Oxford) e il Professor Wilfred R. Hagen (TU Delft), il Professor William James (Università di Oxford) e il Professor James McCullagh (Università di Oxford) per il loro generoso sostegno. KHE è grato alla European Molecular Biology Organization (EMBO) (EMBO ALTF 157-2015), COST (European Cooperation in Science and Technology) Action CA15133 (ECOST-STSM-Request-CA15133-44200), e CRUK Oxford Developmental Fund (CRUKDF – 0221 – KHE) per il generoso sostegno finanziario della sua ricerca. MAM e JD riconoscono il finanziamento da parte della Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) nell'ambito della strategia di eccellenza tedesca - EXC 2008 – 390540038 – UniSysCat. Conflitto d'interesse Gli autori dichiarano assenza di conflitto di interesse. Parole chiave: acidi biliari · microbiota commensale · prodotti naturali · PNR · SARS-CoV-2 [1] W. Sungnak, N. Huang, C. Becavin, M. Berg, R. Queen, M. Litvinukova, C. Talavera-Lopez, H. Maatz, D. Reichart, F. Sampaziotis, KB Worlock, M. Yoshida, JL Barnes, HLB Network, Naz. Med.2020, 26, 681-687. [2] BX Wang, CM Wu, K. Ribbeck, FEBS J. 2020, 288, 1789-1799. [3] M. 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La mutazione N501Y o altre mutazioni interferiscono con il legame delle NP con l'RBD e/o aumentano l'interazione dell'RBD con il recettore ACD2. Di conseguenza, consentono al virus di sfuggire alle NP di batteri sani e quindi aumentano l'infettività del virus. (b) All'ingresso del virus nel corpo umano, la glicoproteina spike del virus interagisce con le NP prodotte dai batteri nel muco. Queste NP agiscono come una pressione di selezione ambientale insieme alla risposta anticorpale che porta all'emergere di nuove varianti di SARS-CoV-2 con tassi di infettività e/o mortalità più elevati. F1000Ricerca 2021, 10, 370. [11] AC Walls, Y.-J. Parco, MA Tortorici, A. Muro, Cellula 2020, 181, 281-292. AT McGuire, D. Veesler, ChemBioChem 2021, 22, 1–6 www.chebiochem.org 4 Questi non sono i numeri di pagina finali! © 2021 Wiley-VCH GmbH
  • 5. Comunicazioni ChemBioChem doi.org/10.1002/cbic.202100346 [12] W. Li, MJ Moore, N. Vasilieva, J. Sui, SK Wong, MA Berne, M. Somasundaran, JL Sullivan, K. Luzuriaga, TC Greenough, H. Choe, M. Farzan, Natura 2003, 426, 450-454. [13] L. Cantuti-Castelvetri, R. Ojha, LD Pedro, M. Djannatian, J. Franz, S. Kuivanen, F. van der Meer, K. Kallio, T. Kaya, M. Anastasina, T. Smura, L. Levanov, L. Szirovicza, A. Tobi, H. Kallio-Kokko, P. Osterlund, M. Joensuu, FA Meunier, SJ Butcher, MS Winkler, B. Mollenhauer, A. Helenius, O. Gokce, T. Tessalu, J. Hepojoki, O. Vapalahti, C. Stadelmann, G. Balistreri, M. Simons, Scienza 2020, 370, 856-860. [14] P. Wang, MS Nair, L. Liu, S. Iketani, Y. Luo, Y. Guo, M. Wang, J. Yu, B. Zhang, PD Kwong, BS Graham, JR Mascola, JY Chang, MT Yin, M. Sobieszczyk, CA Kyratsous, L. Shapiro, Z. Sheng, Y. Huang, DD Ho, Natura 2021, 593, 130-135. [15] P. Wang, RG Casner, MS Nair, M. Wang, J. Yu, G. Cerutti, L. Liu, PD Kwong, Y. Huang, L. Shapiro, DD Ho, Microbo ospite cellulare 2021, 29, 747– 751. [16] F. Grabowski, G. Preibisch, S. Gizniski, M. Kochanczyk, T. Lipniacki, virus 2021, 13, 392. [17] Y. Liu, J. Liu, KS Plante, JA Plante, X. Xie, X. Zhang, Z. Ku, Z. An, D. Scharton, C. Schindewolf, VD Menachery, P.-Y. Shi, SC Weaver, BioRXiv 2021, https://doi.org/10.1101/2021.03.08.434499. [18] B. Luan, H. Wang, T. Huynh, FEBS Lett. 2021, 595, 1454-1461. [19] F. Ali, A. Kasry, M. Amin, Med. Scoperta di nuovi farmaci2021, 10, 100086. [20] E. Socher, M. Conrad, L. Heger, F. Paulsen, H. Sticht, F. Zunke, P. Arnold, BioRXiv 2021, https://doi.org/10.1101/2021.04.06.438584. [21] Q. Li, J. Nie, J. Wu, L. Zhang, R. Ding, H. Wang, Y. Zhang, T. Li, S. Liu, M. Zhang, C. Zhao, H. Liu , L. Nie, H. Qin, M. Wang, Q. Lu, X. Li, J. Liu, H. Liang, Y. Shi, Y. Shen, L. Xie, L. Zhang, X. Qu, W Xu, W. Huang, Y. Wang, Cellula 2021, 184, 2362–2371.e9. [22] S. Dallakyan, AJ Olson, chimica. Biol.2014, 243-250. [23] O. Trott, AJ Olson, J. Comput. chimica.2010, 31, 455-461. [24] N. Grodsky, Y. Li, D. Bouzida, R. Love, J. Jensen, B. Nodes, J. Nonomiya, [28] V. Kumar, S. Kancharla, MK Jena, VirusMalattia 2021, 32, 1–9. [29] J. Acosta-Elias, R. Espinosa-Tanguma, Davanti. Farmaco.2020, 11, 1062. [30] A. Dehghani-Samani, M. Kamali, F. Hoseinzadeh-Chahkandak, Mod. Cura J. 2020, 17, e104740. [31] SV Giofre, E. Napoli, N. Iraci, A. Speciale, F. Cimino, C. Muscara, MS Molonia, G. Ruberto, A. Saija, Calcola. Biol. Med.2021, 134, 104538. [32] N. Behloul, S. Baha, Y. Guo, Z. Yang, R. Shi, J. Meng, Euro. J. Pharmacol. 2021, 890, 173701. [33] A. Carino, F. Moraca, B. Fiorillo, S. Marchiano, V. Sepe, M. Biagioli, C. Finamore, S. Bozza, D. Francisci, E. Distrutti, B. Catalanotti, A. Zapella , S. Fiorucci, Davanti. chimica.2020, 8, 572885. [34] QM Hanson, KM Wilson, M. Shen, Z. Itkin, RT Eastman, P. Shinn, MD Hall, ACS Pharmacol. trad. Sci.2020, 3, 1352-1360. [35] Y. Watanabe, JD Allen, D. Wrapp, JS McLellan, M. Crispin, Scienza 2020, 369, 330-333. [36] EP Barros, L. Casalino, Z. Gaieb, AC Dommer, Y. Wang, L. Fallon, L. Raguette, K. Belfon, C. Simmerling, RE Amaro, Biofisica. J.2021, 120, 1072-1084. [37] T. Sztain, S.-H. Ahn, AT Bogetti, L. Casalino, JA Goldsmith, RS McCool, FL Kearns, JA McCammon, JS McLellan, LT Chong, RE Amaro,bioRxiv 2021, https://doi.org/10.1101/2021.02.15.431212. [38] A. Khan, D.-Q. Wei, K. Kousar, J. Abubaker, S. Ahmad, J. Ali, F. Al-Mulla, SS Ali, N. Nizam-Uddin, A. Mohammad Sayaf, A. Mohammad, Chem- BioChem 2021, https://doi.org/10.1002/cbic.202100191. [39] LP Schenck, MG Surette, DM Bowdish, FEBS Lett 2016, 590, 3705– 3720. [40] C. Kumpitsch, K. Koskinen, V. Schopf, C. Moissl-Eichinger, BMC Biol 2019, 17, 87. S. Concessione, Biochimica 2006, 45, 13970-13981. [25] MS Donia, MA Fisehbach, Scienza 2015, 349, 1254766. [26] JR Brestoff, D. Artis, Naz. immunolo.2013, 14, 676-684. [27] A. Agus, K. Clement, H. Sokol, Intestino 2020, 70, 1174–1182. Manoscritto ricevuto: 14 luglio 2021 Manoscritto accettato online: 15 luglio 2021 Versione del documento online: ■■■, ■■■■ ChemBioChem 2021, 22, 1–6 www.chebiochem.org 5 Questi non sono i numeri di pagina finali! © 2021 Wiley-VCH GmbH
  • 6. COMUNICAZIONI Studi in silico suggeriscono che le NP come acidi biliari e non ribosomiali i peptidi (NRP) prodotti dai batteri che risiedono nel tratto respiratorio possono interferire con il legame del ceppo originale di SARS-CoV-2 al recettore ACE2, ma non con il legame delle varianti emergenti aventi la mutazione N501Y. Pertanto, si ipotizza che le NP dei batteri del tratto respiratorio siano una pressione selettiva ambientale per l'aumento di nuove varianti del virus con un tasso di infettività più elevato. Dott. J. Dragelj, Prof. MA Mroginski, Dott. KH Ebrahimi* 1 – 6 Nascosti in bella vista: prodotti naturali del microbiota commensale come pressione di selezione ambientale per l'aumento di nuove varianti di SARS-CoV-2