Pandemia COVID-19 boleśnie uwypukliła globalne zapotrzebowanie na skuteczne leki przeciwwirusowe, które mogą celować nie tylko w SARS-CoV-2, ale także w szersze spektrum koronawirusów. W tym wyścigu z czasem społeczność naukowa szybko skierowała swoją uwagę na kluczową część molekularnej maszynerii wirusa, znaną jako domena NiRAN. Jest to region enzymatyczny, który ma kluczowe znaczenie для replikacji wirusa i jest wspólny dla wielu koronawirusów, co czyni go niezwykle atrakcyjnym celem. Lek, który z powodzeniem zablokowałby domenę NiRAN, mógłby działać jako uniwersalny klucz do leczenia istniejących chorób, takich jak COVID, ale także jako pierwsza linia obrony przed przyszłymi pandemiami wywołanymi przez spokrewnione patogeny.

Trzy lata temu, w 2022 roku, w społeczności naukowej rozeszła się wiadomość o publikacji badania (Yan i in.), które, jak się wówczas wydawało, szczegółowo opisywało model strukturalny funkcjonowania tej domeny. Oczekiwano, że praca ta będzie stanowić ogromny krok naprzód i zapewni solidne podstawy do rozwoju nowych generacji leków. Jednak wkrótce okazało się, że ten długo oczekiwany przełom został zbudowany na błędnych fundamentach.

Naukowe śledztwo ujawnia kluczowe błędy

„Ich praca zawiera krytyczne błędy” – stwierdził Gabriel Small, pracownik naukowy w laboratoriach Setha A. Darsta i Elizabeth Campbell na prestiżowym Uniwersytecie Rockefellera. „Dane po prostu nie potwierdzają wniosków, które przedstawili”. To właśnie Small, wraz ze swoimi kolegami, w nowym badaniu opublikowanym w tym samym renomowanym czasopiśmie Cell, szczegółowo pokazał, dlaczego naukowcy, pomimo wcześniejszych twierdzeń, wciąż nie znają dokładnego mechanizmu działania domeny NiRAN. Odkrycie to ma daleko idące konsekwencje, nie tylko dla społeczności akademickiej, ale także dla przemysłu farmaceutycznego, gdzie zespoły mogły już rozpocząć projektowanie leków przeciwwirusowych w oparciu o błędne założenia. Służy ono również jako mocne przypomnienie o znaczeniu rygorystycznej weryfikacji i walidacji naukowej.

„Jest absolutnie kluczowe, aby modele strukturalne były precyzyjne dla chemii medycznej, zwłaszcza gdy mówimy o krytycznym celu dla leków przeciwwirusowych, który jest przedmiotem tak intensywnego zainteresowania w przemyśle” – podkreśla Elizabeth Campbell, kierownik Laboratorium Patogenezy Molekularnej. „Mamy nadzieję, że nasza praca powstrzyma zespoły rozwojowe przed daremnymi próbami optymalizacji leku wokół niedokładnej struktury”.

Obiecujący cel i błąd, który nastąpił

W momencie publikacji oryginalnego artykułu w 2022 roku, laboratoria Campbella i Darsta były już głęboko zaangażowane w badania nad domeną NiRAN i jej znaczeniem jako celu terapeutycznego. Oba laboratoria zajmują się badaniem ekspresji genów w patogenach, a ich praca nad wirusem SARS-CoV-2 jest częściowo ukierunkowana na charakteryzowanie interakcji molekularnych, które koordynują replikację wirusa.

Domena NiRAN odgrywa kluczową rolę w procesie znanym jako „kapowanie” (ang. capping) RNA wirusa. Proces ten umieszcza ochronną strukturę na początku materiału genetycznego wirusa, umożliwiając mu skuteczną replikację i przetrwanie w komórce gospodarza. Jednym ze sposobów, w jaki to robi, jest wykorzystanie cząsteczki zwanej guanozynodifosforanem (GDP), a proces ten został już szczegółowo opisany i jego struktura jest uważana za rozwiązaną. Jednak domena NiRAN może również wykorzystywać spokrewnioną cząsteczkę, guanozynotrifosforan (GTP), do tworzenia ochronnej czapeczki. W dążeniu do opracowania kompleksowych leków przeciwwirusowych, które całkowicie „wyłączyłyby” domenę NiRAN, naukowcy byli niezwykle zainteresowani odkryciem szczegółów tego drugiego, zależnego od GTP mechanizmu.

W kontrowersyjnym badaniu z 2022 roku naukowcy opisali precyzyjny ciąg kroków chemicznych. Zgodnie z ich modelem, cząsteczka wody przerywa wiązanie, aby uwolnić koniec 5'-fosforanowy RNA. Koniec ten następnie wiąże się z końcem beta-fosforanowym cząsteczki GTP, co przy pomocy jonu magnezu prowadzi do przeniesienia pozostałej części GTP na RNA, tworząc w ten sposób ochronną czapeczkę, która pozwala wirusowi na dalsze namnażanie się. Jako koronny dowód, zespół załączył obraz uzyskany za pomocą mikroskopii krio-elektronowej (krio-EM), najnowocześniejszej techniki, która pozwala na wizualizację cząsteczek w niemal atomowej rozdzielczości, a która rzekomo uchwyciła proces „na gorącym uczynku”. Aby „zamrozić” ten kluczowy krok, użyli syntetycznego analogu GTP, cząsteczki GMPPNP.

Czerwone flagi i żmudna droga do prawdy

Gabriel Small z wielkim zainteresowaniem przeczytał pracę. „Gdy tylko ją opublikowali, próbowałem pobrać ich dane” – wspomina. Ale danych nie było. W świecie biologii strukturalnej, gdzie natychmiastowa dostępność danych jest standardem, była to pierwsza czerwona flaga. Miesiące później, kiedy w końcu uzyskał dostęp do danych, zaczął odkrywać znaczące wady. „Próbowałem utworzyć mapę gęstości, korzystając z ich danych, i zdałem sobie sprawę, że istnieją poważne problemy” – mówi Small. Podzielił się swoimi obawami z Campbell i Darstem, którzy zgodzili się z jego oceną.

„Coś było ewidentnie nie tak” – mówi Campbell. „Ale postanowiliśmy dać drugiemu zespołowi szansę i sami ponownie przetworzyć wszystkie ich dane od zera”.

Nastąpiła żmudna praca, na czele której stał Small. Analizując klatka po klatce, porównywał opublikowany model atomowy z rzeczywistą mapą gęstości krio-EM i odkrył coś zdumiewającego: kluczowe cząsteczki, które Yan i koledzy twierdzili, że widzieli – w szczególności analog GTP, GMPPNP, i jon magnezu w miejscu aktywnym domeny NiRAN – po prostu ich tam nie było. Nie istniały żadne dane obrazowe, które potwierdzałyby ich obecność. Co więcej, pozycjonowanie tych cząsteczek w oryginalnym modelu naruszało podstawowe zasady chemii, powodując poważne zderzenia atomowe i nierealistyczne interakcje ładunków. Small przeprowadził również dodatkowe, zaawansowane testy zaprojektowane do identyfikacji rzadkich cząstek, ale i one pozostały puste. Nie udało mu się znaleźć ani jednego dowodu na poparcie modelu przedstawionego przez Yana i jego kolegów.

Znaczenie korekty naukowej i spojrzenie w przyszłość

Po potwierdzeniu swoich wyników, naukowcy z Rockefellera wysłali swoją korektę do czasopisma Cell. „Było bardzo ważne, abyśmy opublikowali nasz manuskrypt korygujący w tym samym czasopiśmie, w którym opublikowano oryginalny model” – podkreśla Campbell, zauważając, że korekty prac o dużym znaczeniu są często pomijane, jeśli zostaną opublikowane w czasopismach o niższej randze. W przeciwnym razie zamieszanie w dziedzinie naukowej mogłoby spowodować problemy, które wykraczają daleko poza ławy laboratoryjne. To kosztowne przypomnienie, że rygorystyczne podstawowe badania biomedyczne to nie tylko ćwiczenie akademickie, ale klucz do prawdziwego postępu w medycynie.

„Firmy trzymają karty przy sobie, ale wiemy, że kilka grup przemysłowych bada ten obszar” – dodaje Campbell. „Wysiłki oparte na błędnym modelu strukturalnym mogłyby skutkować latami straconego czasu i zasobów”. Ta sytuacja podkreśla kluczową rolę procesu recenzji i samokorygującej natury nauki. Chociaż błędy mogą się zdarzyć, przejrzystość i gotowość do ich poprawiania są kluczowe dla utrzymania integralności i postępu. Poszukiwania pełnego zrozumienia domeny NiRAN trwają, teraz z jaśniejszym obrazem tego, czego nie wiadomo, co cofa naukowców o krok, ale kieruje ich na właściwą drogę do ostatecznego celu – potężnego leku przeciwwirusowego przyszłości.

Źródło: Rockefeller University