Rozmowy

Lek przeciw COVID-19 na bazie odkryć naukowców z Wrocławia

Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków właśnie zatwierdziła pierwszą tabletkę antywirusową do leczenia COVID-19 w domu. Substancja czynna doustnego leku to Nirmatrelvir, a nazwa firmowa – Paxlovid.

– Będzie lekiem tzw. panwirusowym, działającym na wiele pokrewnych wirusów, co już wskazuje, że raczej bardzo ciężko byłoby wirusom uciec przed nim za pomocą mutacji. I to jest wspaniała wiadomość, bo jeśli trafi się kolejna pandemia koronawirusa (a uważam, że tak będzie), to lek mamy gotowy na półce – mówi prof. dr hab. Marcin Drąg z Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej, który miał swój udział w powstaniu przełomowej „pigułki na COVID”.

TYGODNIK TVP: Koronawirus na początku tworzy w naszym organizmie jedno wielkie białko, ale żeby mógł się namnażać, musi je jakoś pociąć na stosowne kawałki. Białko zaś tną enzymy zwane proteazami. Najnowszy doustny lek na COVID-19 – Paxlovid, złożony do rejestracji przez Pfizera – ma więc za zadanie zahamowanie proteaz. Sprytne. Od lat pan te enzymy bada, może nam je pan przybliżyć?

MARCIN DRĄG:
Proteazy same są białkami, naturalnymi katalizatorami, enzymami, które istotnie przecinają inne białka. A czasem najpierw same siebie, np. po to, aby się aktywować. Gdy jemy pierś z kurczaka, gdzie jest bardzo wiele białka, to jego trawienie polega właśnie na pracy różnych proteaz, które potną to białko ostatecznie na pojedyncze aminokwasy, które już możemy wchłonąć, aby się odżywiać. Proteaz w organizmie człowieka mamy ok. 650 i oczywiście tylko ich ułamek zajmuje się trawieniem zjadanego kurczaka.

Raczej kontrolują one dosłownie wszystkie komórkowe ścieżki metaboliczne. Cokolwiek robimy: mrugamy okiem – kontrolują to proteazy, widzimy – to samo, myślimy – kontrolują to proteazy, krzepnie nam krew – i znów one. Do takiego stopnia, że gdzie nie spojrzeć, mamy jakąś proteazę. To są nasze własne białka, więc na ogół sprzyjają nam i współpracują z wszelkimi innymi białkami naszego organizmu w komórkach i poza nimi – chociażby aktywując je do prawidłowego działania.
Tak wygląda laboratorium do badania specyficzności substratowej. Na zdjęciu dr inż. Wioletta Rut. Fot. arch. MD
Natomiast zdarza się, że proteazy zaczynają grać przeciwko nam, jeśli są stosownie pobudzone przez konkretne czynniki. Np. miejscem wychwytu dla wirusa SARS-CoV-2 jest tzw. konwertaza angiotensyny drugiej (ACE2) – to słynnym receptor koronawirusa, ale biochemicznie patrząc to proteaza siedząca sobie w błonach niektórych naszych komórek. Owa proteaza wiąże się z białkiem Spike koronawirusa i tak zaczyna się infekcja. Wirus wchodzi do środka komórki.

Proteazy występują we wszystkich organizmach żywych, a nawet wirusach, czego SARS-CoV-2 jest świetnym przykładem. Dlatego są one obecnie jednym z głównych celów działania leków – tak istniejących, jak i poszukiwanych na wiele schorzeń, w tym leków przeciwwirusowych. Proteazy – czy raczej sposoby ich hamowania – są zatem na „taśmociągu” laboratoriów firm farmaceutycznych. Do dziś dzięki takim badaniom znaleziono leki na choroby cywilizacyjne, jak nowotwory, cukrzyca typu II, wirusowe zapalenie wątroby, AIDS i inne.

Zanim wejdziemy w te detale terapeutyczne, może warto powiedzieć, jak to ogólnie działa. Białko składa się z aminokwasów, te są połączone wiązaniami tzw. peptydowymi, które trzeba rozciąć. No ale nie w jakimś przypadkowym miejscu, prawda? To najczęściej nie działa jak sieczkarnia, tylko jak precyzyjny skalpel laserowy w ręku chirurga pierwszej klasy. Skoro zaś proteaz w naszym organizmie jest aż 650, to jak bardzo są różnorodne, a jak bardzo podobne? Przecież to chyba nie jest tak, że każda potnie każde białko, bo wtedy nic by nie mogły kontrolować, tylko tworzyłyby chaos.

To fakt. Proteazy dzielimy na dwie główne grupy. Endopeptydazy tną gdzieś w środku, zaś egzopeptydazy przycinają końce (tzw. koniec N i koniec C) – po jednym lub dwa aminokwasy. I istotnie, substraty, czyli to, co proteaza tnie, wydają się bardzo różnorodne – cóż bardziej zmiennego od białek?! A z kolei przecinane wiązania wydają się monotonnie identyczne. I tu proteazy możemy też podzielić na te o tzw. bardzo wysokiej specyficzności substratowej, które rozpoznają najlepiej tylko jeden typ substratu (w tej grupie się plasuje np. owa endoproteaza koronawirusa, którą chcemy zahamować lekiem) oraz takie „niszczarki”, jak proteazy w naszym przewodzie pokarmowym (trypsyna czy chymotrypsyna). Niszczarki są mało wybredne i potną z chęcią wiązanie peptydowe w obrębie wielu różnych sekwencji białka. Jeśli przyjmiemy, że proteaza jest jakimś zamkiem, a owe substraty to klucze, to do niektórych zamków pasuje tylko jeden klucz, a inne można otworzyć byle wytrychem.

Czy covid zniknął z Japonii?

Nie bez znaczenia może się okazać genetyczna konstrukcja Japończyków.

zobacz więcej
Właśnie w tym się specjalizuje moje wrocławskie laboratorium. Rozpoznajemy, które aminokwasy w sekwencji białkowego substratu są najbardziej preferencyjnie rozpoznawane przez konkretną proteazę. Tzw. miejsce cięcia bywa bowiem dość skomplikowane, na ogół trzeba sięgnąć 2-3 aminokwasy przed i tyleż samo po miejscu cięcia np. przez endopeptydazę. A to jest spora „kombinatoryka”, wziąwszy pod uwagę, że aminokwasów jest ponad 20 różnych, a substraty – tzw. ich biblioteki – trzeba sobie czasem zrobić od podstaw samemu. To się nazywa „określanie specyficzności substratowej” i jest pierwszym podstawowym etapem na drodze poszukiwania owych leków, które miałyby blokować specyficznie konkretne proteazy.

A jak można jeszcze proteazy badać, aby je np. potem dodać do proszku do prania albo zablokować, bo powodują nowotwór czy siedzą w jakimś wirusie i umożliwiają mu namnażanie?

Poruszyła pani ciekawy temat, bo proteazy mają istotnie szerokie zastosowanie w przemyśle. I jeśli potrzebujemy takiego enzymu do proszku do prania, to szukamy w dostępnych bioinżynierii komórkach enzymu o jak najszerszym spektrum działania wobec podstawowych zanieczyszczeń, ale nieniszczącego włókien tkanin, które przecież też są białkowe. Natomiast w kontekście nowotworów patrzymy na bardzo konkretne enzymy, które są jednymi z głównych graczy w tym procesie, np. katepsyny B czy L. Po czym szukamy cząsteczki, która się bardzo wybiórczo zwiąże z takim enzymem i z niczym innym w naszym organizmie. Co jest bardzo trudne, bo jednak wiele proteaz potrafi odgrywać tę samą rolę – posługując się naszym porównaniem : rozpoznawać ten sam rodzaj klucza. My zaś szukamy tego jedynego naprawdę specyficznego klucza, który do tego konkretnego wyłącznie zamka będzie pasował.

Badanie proteaz było do niedawna bardzo dużym wyzwaniem dlatego, że bywają to enzymy „agresywne”. A to m.in. oznacza, że nie tak łatwo je wklonować jako gen kodujący proteazę w bakterię typu pałeczka okrężnicy czy drożdże używane w biotechnologii i mieć ich dużo w stanie aktywnym, po oczyszczeniu z tych komórek. Bo komórki nie chcą produkować jakichś cudzych proteaz – to im szkodzi.

Jeszcze do niedawna zatem izolacja proteaz była bardzo żmudna, ale przy pomocy różnych nowoczesnych technik bioinżynierii i dostępności sekwencji tysięcy różnych genomów, jesteśmy to w stanie robić w laboratorium. Tak, że nawet mówiąc o dwóch genach kodujących proteazy znalezionych w genomie SARS-CoV-2, czyli Mpro i Plpro, jeśli chcielibyśmy je izolować z zakażonych wirusem komórek, to po prostu by było niemożliwe (trzeba by pracować w warunkach laboratorium klasy trzeciej bezpieczeństwa, co najmniej do pewnego momentu w procedurze, a uzyskano by śladowe ilości enzymu). A w laboratorium po wklonowaniu genu do komórek producenckich my to otrzymujemy w miligramowych ilościach i to jest masa enzymu wystarczająca do wielu badań.
Laboratorium obrazowania proteaz mikroskopem konfokalnym. Na zdjęciu prof. dr hab. Marcin Drąg oraz dr hab. inż. Marcin Poręba, prof. Politechniki Wrocławskiej. Fot. arch. MD
A na czym polega ta agresywność?

Wyobraźmy sobie, że jemy świeżego ananasa, który ma proteazę nazywaną bromelainą. Dość często mamy wtedy wrażenie szczypania wokół ust, co wynika właśnie z działania tejże proteazy, która przecina nasze własne białka. Jeśli mamy jakąś ranę wokół czy wewnątrz ust, to owo szczypanie jest znacznie mocniejsze, bo nasze białka są w tym miejscu wyeksponowane.

Oczywiście takie działanie powoduje, że proteazy są kodowane w genomach – i na tej matrycy powstają białka de facto nieaktywne. Trzeba im najpierw na ogół odciąć pewien fragment – i robi to sama ta proteaza albo inne, współdziałające z nią proteazy. Powstają zatem jako tzw. pro-enzymy czy inaczej zymogeny. I dopiero potem, w określonych warunkach, są aktywowane. Oznacza to też, że proteazy często działają w tzw. kaskadach. Taka kaskada odpowiada np. za krzepnięcie, czyli koagulację naszej krwi – co nam ratuje życie za każdym razem, gdy przetniemy sobie solidnie palec albo mamy wyrwany ząb etc. Aby doszło do krzepnięcia, wiele kolejnych proteaz musi się nawzajem aktywować, niczym przewracające się jeden na drugi klocki precyzyjnie ustawionego domina. Każda już aktywna, aktywuje kolejną w szeregu. Te specyficzne, różnorodne, zaktywowane już proteazy to tzw. czynniki krzepliwości.

To samo obserwujemy w tzw. programowanej śmierci komórki (apoptozie), jednym z najistotniejszych procesów rozwojowych i antynowotworowych w naszym organizmie. Gdzie komórki popełniają „honorowe samobójstwo”, bo nie są już potrzebne (inaczej nie mielibyśmy np. palców, tylko jedną litą packę dłoni) albo zagrażają organizmowi, ponieważ są np. zaczątkiem nowotworu. Tu muszą zostać włączone kolejne grupy proteaz zwanych kaspazami – najpierw muszą ulec aktywacji tzw. inicjujące, a te z kolei, gdy już aktywne, aktywują kaspazy egzekucyjne. To jest studiowane przez liczne grupy badawcze na świecie, bo w zaburzeniu działania tych kaskad ma swe źródło multum ludzkich chorób.

Nie wiem, jak to sobie najłatwiej wyobrazić… Może ta długa, nieaktywna cząsteczka proteazy używa tego swojego kawałka, który jest potem odcinany, jako korka do zatkania swego aktywnego centrum – tego zamka, do którego ma pasować klucz. Odcinając korek, uaktywnia to centrum. Bo póki jest za długa, nie może działać – substraty nie będą „atakowane” i rozcinane.

Dopiero kilka lat temu okazało się, że te nieaktywne jeszcze proteazy na ogół nie pełnią żadnej funkcji, natomiast my poszukujemy takich enzymów, które są realnie aktywne. Nie wystarczy zatem znaleźć jakąś nieaktywną proteazę w komórce, nawet jeśli znajdziemy ów zymogen w jednym typie komórek (np. nowotworowych), a w innym nie. Dopóki nie mamy aktywności, to nie mamy nic , co ma jakiekolwiek znaczenie biologiczne czy kliniczne. Dlatego w naszym laboratorium staramy się stworzyć narzędzia badawcze, które oddziałują jedynie z aktywnymi proteazami. My to nazywamy „aktywomiką” (przez porównanie do genomiki, genomiki, proteomiki – badającej jednocześnie wszystkie białka np. konkretnego typu komórek – czy do metabolomiki, pochylonej nad całym metabolizmem, wszystkimi reakcjami i cyklami jednocześnie).



Czyli potencjalnie mamy w rękach jeden sposób hamowania tych enzymów, kiedy one są jeszcze nieaktywne. A jak można zahamować już aktywny, agresywny enzym, który sprawia np., że nowotwór się rozwija i migruje, dając przerzuty, albo wirus się namnaża? Znalezienie takich blokerów byłoby ważne dla zdrowia.

Tu wchodzimy na drugi szczebel kontroli aktywności proteaz. W komórkach bowiem mamy, np. wobec wielu tych enzymów, naturalne inhibitory. To są często białka, które potrafią specyficznie związać się z proteazami, dosłownie do nich się przykleić i zatrzymać ich aktywność. I tak to działa normalnie w komórce. Natomiast, gdy myślimy o lekach – czyli próbie kontrolowania tych proteaz, które się wyrwały spod tej naturalnej kontroli – to szukamy małocząsteczkowych, niewielkich inhibitorów, które da się podać w jakiś sposób pacjentowi, by zatrzymać te jego źle działające proteazy.

Tu przykładem może być proteaza HIV. Mamy już związki, które kontrolują jej działanie, a tym samym hamują namnażanie się wirusa i rozwój choroby AIDS.

Czy te drobnocząsteczkowe związki, których szukają badacze, mają zatkać proteazowe centrum aktywne na zawsze, niczym plastelina zamek? Czy chodzi raczej o to, żeby dać enzymowi się jałowo męczyć na jakimś substracie, niech się obraca z „fałszywką” zamiast robić nam jakieś szkody?

Cząstki, które naśladują substraty, to jest stara, ale jara metoda. To niejako truje proteazę, bo ona nie rozpoznaje, że to nie jest substrat. My się w laboratorium na Politechnice Wrocławskiej specjalizujemy w poszukiwaniu czy obmyślaniu takich właśnie inhibitorów – kandydatów na leki. Związki te muszą bardzo dobrze przestrzennie naśladować substrat, czyli jakieś krótkie ciągi aminokwasów, które rozpoznaje dana proteaza, my zaś do nich dodajemy specjalne znaczniki. Takie związki są w stanie zatrzymać proteazę.

Można zatem powiedzieć, że leki działające przeciwko drobnoustrojom chorobotwórczym wyposażonym w proteazy, które nas atakują i wywołują rozwój AIDS, COVID-19, czy chociażby paradontozę, ale także działają przeciw naszym własnym „nadgorliwym” proteazom, np. w kaskadzie krzepnięcia krwi, już są i ciągle są poszukiwane?

Tak. I to jest to, czym moje laboratorium się bardzo intensywnie zajmuje. Właśnie w kontekście np. chorób związanych z krzepliwością krwi i jej czynnikami, które są proteazami. Na te schorzenia mamy obecnie bardzo mało leków, natomiast wielkim wyzwaniem jest to, że te proteazy w kaskadzie są bardzo do siebie podobne pod względem owych tzw. profili selektywności – czyli kluczy pasujących do ich zamków. Ciężko zatem zahamować którąś z nich bardzo wybiórczo. My jednak staramy się znaleźć takie bardzo selektywne cząsteczki.
Prof. dr hab. Marcin Drąg w swoim laboratorium na Wydziale Chemicznym Politechniki Wrocławskiej. W 2019 r. otrzymał Nagrode Fundacji na rzecz Nauki Polskiej za opracowanie nowej platformy technologicznej, umożliwiającej otrzymywanie związków biologicznie aktywnych, w szczególności inhibitorów enzymów proteolitycznych. Fot. PAP/Maciej Kulczyński
Dzisiaj najnowocześniejsze spojrzenie na enzymy czy w ogóle białka ma krystalografia, specjalne mikroskopie o rozdzielczości niemal atomowej i wreszcie algorytmy, które się nauczyły wysnuwać trójwymiarowy kształt cząsteczki białka tylko z jego sekwencji aminokwasowej, na podstawie tysięcy danych z krystalografii. To pozwala czasem zobaczyć, jak pracuje enzym, albo chociaż jak są uformowane centra aktywne, czyli owe zamki różnych enzymów. Czy takie nowoczesne badania pozwalają przewidzieć, jaki klucz trzeba skonstruować dla danego zamka?

Powiem tak: z jednej strony proteazy są bardzo wdzięcznym obiektem badawczym, bo to największa grupa enzymów w ogóle i leżą u podstawy wielu chorób. Natomiast problem z nimi jest taki, że one – naukowo rzecz ujmując – podczas aktywności bardzo głęboko zmieniają swoją konformację (układ przestrzenny atomów w cząsteczce chemicznej – przyp. red.). Prosto rzekłszy: zmieniają dramatycznie kształt, kiedy zwiążą substrat. Choć zatem przez wiele lat używano klasycznych już dziś metod, jak projektowanie in silico, czyli za pomocą komputera, z wykorzystaniem struktur krystalicznych, to za wiele z tego nie wynikło. Niewiele leków udało się tak znaleźć. Generalnie bowiem te zmiany konformacyjne pomiędzy stanem przed związaniem substratu i po jego związaniu sprawiały, że związki wymyślone in silico, w realnym systemie kiepsko się sprawdzały.

No tak, przecież w tym przypadku substratem jest często gigantyczna białkowa cząsteczka, a nie jakieś maleństwo. To jest jak wojna białek: jedno atakuje drugie i to często nie byle gdzie, ale w specyficznym bardzo miejscu. A ten czuły punkt może być ukryty. Nie dziwne, że proteaza się musi strasznie powyginać…

Tak właśnie jest, dwie duże „kulki”, które się zderzają. Tu dochodzimy do słabości używanego przez nas modelu zamka i klucza. Często tłumaczę to studentom, bo ten model jest łatwy do zrozumienia i to jego plus, ale on się w proteazach nie sprawdza. Klucza nie wystarczy dobrać tylko do zamka, czyli jakiegoś statycznego centrum aktywnego enzymu z najbliższym otoczeniem. Tutaj to trochę działa tak, że gdy klucz zbliża się do właściwego zamka, to i klucz, i zamek zmieniają swoje kształty. Lepszym zobrazowaniem tego zjawiska byłyby zatem dwie ośmiornice, które chcą się razem złapać za wszystkie ramiona. Muszą się wtedy wobec siebie znaleźć w optymalnym rozmieszczeniu i ułożeniu tych ramion, a w dodatku to cały czas jest dynamiczny proces.

Straszna szczepionka RNA, której boimy się bardziej niż COVID-19. Czyli o nastaniu nowej ery

Jeśli sobie nie poradzi, to będziemy mogli powiedzieć: witajcie w XVII wieku!

zobacz więcej
Posiadanie struktury krystalicznej i wykorzystanie sztucznej inteligencji zaś… ja to zawsze porównuję na zajęciach ze studentami do takiego modelu: idziemy na dyskotekę i tam tańczymy całą noc. Wykonujemy setki różnych figur, obrotów i zmian z partnerką – tak zachowują się też proteazy ze swoimi substratami czy inhibitorami. A ktoś nam robi tylko jedno zdjęcie podczas całego tego szaleństwa i uważa, że teraz może nas i nasz taniec całkowicie scharakteryzować na podstawie tej fotografii. A tak się realnie nie da. Ja nie znam osobiście przykładu tak z głowy, żeby to się kiedyś komuś udało.

Dlatego na tym polu stosuje się dziś tzw. metody kombinatoryczne, z użyciem realnych związków, przeszukując biblioteki substratów – czyli to, co my robimy. Nie da się tego jak dotąd inaczej zrobić.

Poznawszy to wszystko, skupmy się na wirusie SARS-CoV-2. Na początku marca 2020 roku, gdy tylko usłyszałam o badaniach pana zespołu nad profilem substratowym głównej proteazy koronawirusa, napisałam tekst, w którym wyraziłam pogląd, że lek oparty o tę analizę to jest plan B, jeśli chlorochinie nie uda się zwalczać choroby. Szybko było jasne, że się nie udało, a plan B dojrzewał i dziś Pfizer ogłasza, że opracował i klinicznie przetestował lek oparty o wasze odkrycie. Hamujący Mpro, a zatem namnażanie się wirusa, a w dodatku doustny i dający się zastosować na samym starcie infekcji. Porozmawiajmy zatem o Paxlovidzie i proteazach SARS-CoV-2.

Na początku pandemii wirusolodzy skupieni na tym problemie często uważali, że tam, w proteinazach koronawirusa, nie ma potencjału terapeutycznego. A my jednak byliśmy przekonani, że właśnie tam należy tego szukać. W czasie infekcji SARS-CoV-2 zaangażowanych jest sześć głównych proteaz: cztery ludzkie i dwie wirusowe. Wszystko zaczyna się od aktywności koronawirusa. Możemy sobie go wyobrazić, jako żelkę z wypustkami białka Spike. Wypustki przywiązują wirusa do komórki za pomocą reakcji z ACE-2, czyli pierwszej z ludzkich proteaz zaangażowanych na powierzchni komórek.

Tuż obok, też na powierzchni, mamy drugą proteazę ludzką, która się nazywa TMPRSS-2. To jest nasz własny enzym i ona przycina białko Spike wirusa, dostosowując je do tego, aby jeszcze lepiej wiązało się z ludzkim ACE-2. Ewidentnie działa to przeciw nam, a to jest nasz własny enzym! Gdy zaś wirus wchodzi do wnętrza naszej komórki, wykorzystuje jeszcze dwie katepsyny B i L, wspomniane wyżej przy okazji nowotworów, aby móc uwolnić wirusowy RNA do cytoplazmy naszych komórek. Ów RNA koronawirusa to jest matryca, na podstawie której w naszej komórce, dzięki naszej własnej komórkowej maszynerii, powstaje jedno wielkie białko (tzw. poliproteina) zawierające w sobie połączone wszystkie białka wirusa.
Siedziba główna firmy Pfizer na Maladze. Fot. Álex Zea/Europa Press via Getty Images
W tej poliproteinie siedzą ukryte dwie proteazy koronawirusa. Nazywamy je Mpro (od „main protease” – główna) i Plpro (od „papain-like protease” – podobna do papainy). Gdy one zostaną uwolnione z poliproteiny (Mpro potrafi się z niego wyciąć sama), to zaczynają ciąć to gigantyczne białko na stosowne fragmenty. Dzięki nim oraz powstającym potomnym cząsteczkom RNA, powstają kolejne cząstki koronawirusa i mogą zakażać kolejne komórki i kolejnych ludzi. Mpro pełni tu rolę kluczową, dlatego od samego początku zrozumieliśmy, że zatrzymanie działania tego białka pozbawia wirusa wszelkich dalszych mocy – zatrzymamy tak replikację wirusa. Dlatego to jest taki doskonały cel dla działania leku.

Musimy pamiętać, że te enzymy bardzo szybko działają, bo każda cząsteczka Mpro potrafi potem pociąć na kawałki bardzo wiele poliprotein, także następuje przyspieszenie całego procesu. Staje się on dokładnie kaskadowy, jak to bywa u proteaz.

Ta druga proteaza – Plpro – jest jeszcze gorsza! Nie tylko pomaga Mpro rozcinać wielkie białko koronawirusa, tylko w innych miejscach je nacina, co jest konieczne dla powstania prawidłowych fragmentów, to jeszcze uszkadza naszą komórkę. Bo jeśli wirus dostanie się do środka, to chce ją wykorzystać do cna, aby stworzyć maksymalnie dużo własnych cząsteczek potomnych. Komórki się orientują, że coś jest nie tak i próbują walczyć, wysyłając sygnały na zewnątrz. Najczęściej starają się włączyć mechanizm honorowego samobójstwa, wspomnianej apoptozy. Komórka zainfekowana zginie, ale wirus się nie namnoży, więc nie zaatakuje kolejnych i organizm zostanie ocalony. I tu Plpro dosłownie wycina te szlaki sygnałowe, które do tego służą, co komórkę ogłupia. Ona staje się „niema”, wobec czego wirus robi co chce, tworzy olbrzymią liczbę kopii. Komórka się wtedy rozpada, a kopie wirusa infekują kolejne komórki.

Mpro w wirusie SARS sprzed 20 lat i dziś w SARS-CoV-2 działają bardzo podobnie. Natomiast taka bardzo aktywna Plpro jest właściwa tylko w SARS-CoV-2, gdyż w wirusie SARS była znacznie mniej aktywna wobec białek sygnałowych naszych komórek. Zatem nie była zdolna zahamować działania ich mechanizmów obronnych w takim stopniu, jaki widzimy dziś. Uważamy, że ona jest takim podstawowym czynnikiem zjadliwości tego wirusa – to ta proteaza odpowiada de facto za problem pandemii. To wszystko – te miliony zgonów – decyduje się na poziomie komórek niezdolnych do obrony na drodze apoptozy i informowania o zagrożeniu.

Jak COVID-19 obnaża naukę

Do listy tych, którym nie wierzą już w ani jedno słowo, ludzie dołączyli naukowców.

zobacz więcej
Paxlovid – jak rozumiem z doniesień firmy Pfizer – działa na Mpro. Producent twierdzi, że w badaniach klinicznych lek wykazał 89 proc. skuteczności w zapobieganiu ciężkiemu przebiegowi choroby i zgonom, o ile podawany był 2 razy dziennie przez 5 dni i nie później, niż od trzeciego dnia infekcji koronawirusem. Klasyczny lek przeciwwirusowy. Proszę opowiedzieć o udziale pana zespołu, już w marcu 2020, w opracowaniu tego leku.

Współpracowaliśmy wcześniej i nadal z grupą profesora Rolfa Hilgenfelda, znanego krystalografa i wirusologa. On opracował dawniej strukturę krystaliczną proteazy głównej z wirusa SARS. Gdy zatem przyszła pandemia, to już w styczniu 2020, gdy Chińczycy opublikowali genom SARS-CoV-2, znaleźliśmy „naszą” proteazę w genomie tego nowego koronawirusa. Została ona zrobiona w laboratorium prof. Hilgenfelda, który nam ją udostępnił i zaczęliśmy badać. Chcieliśmy po pierwsze porównać proteazę z wirusów SARS i SARS-CoV-2 pod względem specyficzności substratowej. Zwracaliśmy szczególna uwagę na tzw. nienaturalne aminokwasy – one nie występują normalnie w białkach organizmów na naszej planecie, ale świetnie nadają się na drobnocząsteczkowe leki hamujące aktywność proteaz. Jeden z tych aminokwasów – tert-leucyna – wykrytych przez nas jako doskonały składnik na inhibitor Mpro SARS-CoV-2, dziś jest składnikiem w strukturze leku Paxlovid.

Kilka innych grup badawczych i firm farmaceutycznych później podłapało ten temat, bo nasze wyniki udostępniliśmy natychmiast społeczności naukowej – opublikowaliśmy je, aby przyspieszyć pracę nad lekiem. Z nadzieją, że komuś może się uda taki lek przeciwwirusowy opracować. Sami też oczywiście nad tym pracowaliśmy. Ku mojemu wielkiemu zaskoczeniu, Pfizer w marcu tego roku przedstawił strukturę leku nazwanego dziś Paxlovid, poddawanego wtedy testom pierwszej fazy badań klinicznych. A w nim, w tzw. pozycji trzeciej leku – kluczowej dla selektywności proteazy Mpro względem substratu – zobaczyłem aminokwas, który myśmy pierwsi na świecie pokazali, jako potencjalnie najbardziej skuteczny, czyli tert-leucyna.

Dziś, po zakończeniu badań klinicznych fazy trzeciej widać, że mieliśmy dobrego nosa, wykryliśmy ten najlepszy aminokwas. Teraz ukazała się w „Science” publikacja z laboratorium Pfizera opisująca lek Paxlovid, cytująca naszą pracę sprzed ponad roku, tak że ewidentnie te nasze wyniki zostały tu wykorzystane do formulacji leku. Byliśmy pierwsi, zatem można powiedzieć, że moje laboratorium ma pewien udział w powstaniu tego leku.

To Mpro była od samego początku celem badań, bo obie koronawirusowe proteazy w samym SARS-CoV-2 mocno mutują, ale tylko na powierzchni enzymu. Centrum aktywne zostaje nietknięte. Gdyby bowiem tam się zdarzyły mutacje, to proteaza przestaje działać. To byłoby klasyczne „zamutowanie się na śmierć”. Dlatego cząsteczka blokująca to centrum aktywne będzie działać na wszystkie warianty, czyli sytuacja jest idealna.
Andy Mesecar, jeden z czołowych naukowców identyfikujących cele białkowe dla potencjalnych terapii lekowych na COVID-19, wskazuje na obraz modelu atomowego głównej proteazy koronawirusa. Amerykanie prowadzili prace związanej z lekiem zatwierdzonym przez FDA.. Fot. Terrence Antonio James/Chicago Tribune/Tribune News Service via Getty Images
Inne grupy szukały czasem cząsteczek zdolnych zmodyfikować przestrzennie proteazy koronawirusa, niejako od zewnątrz, bez wiązania się z centrum aktywności. To tzw. leki allosteryczne. Przy takiej zmienności wirusa i liczbie już istniejących i ciągle powstających jego wariantów, nie jest to dobry pomysł. Ucieczka mutantów wirusa przed takim lekiem nastąpiłaby raczej szybciej niż później. Zaś lek Pfizera działa na centrum aktywne enzymu, udaje substrat i wiąże się z centrum aktywnym na stałe, specyficznie i zupełnie je blokując.

Innymi słowy, gipsem zalepiono zamek i już nic się nie da zrobić, żaden ślusarz nie pomoże. Czy inne ludzkie proteazy, potrzebne nam do życia, nie będą tym „gipsem” Paxlovidu zalepiane?

Tu raczej nie ma strachu – myśmy pokazali, że koronawirusowa Mpro jest bardzo szczególną proteazą, bo ona dokonuje cięcia po aminokwasie glutaminie. Nie ma w organizmie ludzkim proteaz o takiej specyficzności substratowej. Także Paxlovid będzie raczej bardzo selektywny i raczej w kwestii interakcji z ludzkimi proteazami nie będzie toksyczny.

Zatem gratuluję i dziękuję panu profesorowi i całemu wrocławskiemu zespołowi wspaniałych młodych uczonych. Mam nadzieję, że firma Pfizer już wam wysłała co najmniej kilka skrzynek jakichś godnych koniaków, kosz z kwiatami i czekoladki. Moim zdaniem powinna, ale nie każdy i nie zawsze umie się znaleźć (śmiech). Z dobrych wieści: firma ogłosiła, że lek będzie dostępny dla krajów Trzeciego Świata po minimalnych cenach ustalonych z WHO. Przynajmniej tyle! Natomiast na sam koniec jeszcze zapytam: czy pan uważa, że ten lek wystarczy, czy też trzeba teraz poszukać inhibitora także dla Plpro i robić jakiś lek łączony, aby tym bardziej uniknąć mutacji pozwalających jakimś cudem koronawirusowi uciec przed nowym lekiem? Nic nie ma lepszego w farmakologii, niż leki działające wspólnie i w porozumieniu.

Tego nie wiem, ale ludzie z Pfizera pokazali, że ten ich inhibitor działa dziś na wiele różnych koronawirusów. My też prowadziliśmy takie badania i mamy podobne wnioski. Paxlovid będzie zatem lekiem tzw. panwirusowym, działającym na wiele pokrewnych wirusów, co już wskazuje, że raczej bardzo ciężko byłoby wirusom uciec przed nim za pomocą mutacji. I to jest wspaniała wiadomość, bo jeśli trafi się kolejna pandemia koronawirusa (a uważam, że tak będzie), to lek mamy gotowy na półce. Gdybyśmy go mieli od początku pandemii (a teoretycznie było to możliwe, bo SARS był 20 lat temu, ale to ostrzeżenie nie podziałało i wiele badań przerwano), sytuacja by dziś wyglądała zupełnie inaczej.

– rozmawiała Magdalena Kawalec-Segond

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy

Prof. dr hab. Marcin Drąg urodził się w Świdnicy w 1975 roku. Studiował chemię na Uniwersytecie Wrocławskim, zaś stopień doktora nauk chemicznych uzyskał na Politechnice Wrocławskiej, pracując nad nowymi inhibitorami metaloproteaz oraz proteaz cysteinowych pod nadzorem prof. Pawła Kafarskiego. Na PW został asystentem i następnie adiunktem. W latach 2005-2008 prowadził badania nad protezami zaangażowanymi w apoptozę na stażu podoktorskim w The Burnham Institute for Medical Research w La Jolla, Kalifornia (USA), w laboratorium prof. Guy’a Salvesena. W 2011 r. uzyskał stopień doktora habilitowanego nauk chemicznych za prace nad nowymi typami bibliotek kombinatorycznych do badania enzymów proteolitycznych. W 2016 roku otrzymał od prezydenta RP tytuł profesora chemii. Od stycznia 2020 r. pełni funkcję kierownika Katedry Chemii Biologicznej i Bioobrazowania na Politechnice Wrocławskiej.

Prof. Drąg jest autorem ponad 100 publikacji w recenzowanych czasopismach naukowych. Opracował kilka nowych, wszechstronnych technologii przydatnych do szybkiego określenia specyficzności substratowej enzymów proteolitycznych. W szczególności jego laboratorium zapoczątkowało i rozwinęło technologię z zastosowaniem dużej liczby nienaturalnych aminokwasów w bibliotekach kombinatorycznych (technologia HyCoSuL – Hybrid Combinatorial Substrate Library). Współpracuje z ponad 30 placówkami akademickimi na całym świecie, a także prowadzi projekty wspólnie z firmami biotechnologicznymi i farmaceutycznymi. Realizował wiele grantów finansowanych przyznawanych przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej, Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, Narodowe Centrum Nauki, a także projektów z Unii Europejskiej i USA.

W 2019 r. prof. Drąg otrzymał nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2019 (tzw. Polski Nobel) w dziedzinie nauk chemicznych i materiałowych za opracowanie nowej platformy technologicznej umożliwiającej otrzymywanie związków biologicznie aktywnych, w szczególności inhibitorów enzymów proteolitycznych.
Zdjęcie główne: Prof. dr hab. Marcin Drąg po otrzymaniu Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2019 w obszarze nauk chemicznych i o materiałach. Przyznano ją profesorowi Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej za opracowanie nowej platformy technologicznej, umożliwiającej otrzymywanie związków biologicznie aktywnych, w szczególności inhibitorów enzymów proteolitycznych. Fot. PAP/Maciej Kulczyński
Zobacz więcej
Rozmowy Poprzednie wydanie
Ideowe odrodzenie chadecji jest niemożliwe
Kościół został spenetrowany przez marksizm w sferze filozofii i teologii.
Rozmowy Poprzednie wydanie
Karol III, sympatyk islamu, wielbiciel klasycznego piękna
Jego matka lubiła konie, on lubi idee.
Rozmowy wydanie 9.09.2022 – 16.09.2022
„Gołe baby” zamiast mięsa i cukru. Erotyka w filmach PRL
Mąż wystąpił o rozwód, kiedy zobaczył ją w filmie nagą.
Rozmowy wydanie 9.09.2022 – 16.09.2022
Korespondent wojenny nie może opowiadać się po jednej ze stron
Wykonując swój zawód powinien dążyć do obiektywizmu i neutralności – mówi etyk.
Rozmowy wydanie 9.09.2022 – 16.09.2022
Nie chcą pięknego pogrzebu. Chcą zniknąć
Pierwsza pomoc emocjonalna działa jak pierwsza pomoc przedmedyczna – może uratować życie.