Pandemija bolesti COVID-19 bolno je naglasila globalnu potrebu za učinkovitim antivirusnim lijekovima koji mogu ciljati ne samo SARS-CoV-2, već i širi spektar koronavirusa. U toj utrci s vremenom, znanstvena zajednica brzo je usmjerila svoju pozornost na ključni dio molekularne mašinerije virusa poznat kao NiRAN domena. Riječ je o enzimskoj regiji koja je od presudne važnosti za replikaciju virusa i zajednička je mnogim koronavirusima, što je čini izuzetno atraktivnom metom. Lijek koji bi uspješno blokirao NiRAN domenu mogao bi djelovati kao univerzalni ključ za liječenje postojećih bolesti poput COVID-a, ali i kao prva linija obrane protiv budućih pandemija uzrokovanih srodnim patogenima.

Prije tri godine, 2022. godine, u znanstvenoj zajednici odjeknula je vijest o objavi studije (Yan et al.) koja je, kako se tada činilo, detaljno opisala strukturni model funkcioniranja ove domene. Očekivalo se da će taj rad predstavljati ogroman korak naprijed i pružiti čvrstu osnovu za razvoj novih generacija lijekova. Međutim, uskoro se pokazalo da je taj dugo očekivani proboj izgrađen na pogrešnim temeljima.

Znanstveni detektivski rad razotkriva ključne pogreške

„Njihov rad sadrži kritične greške“, izjavio je Gabriel Small, znanstveni novak u laboratorijima Setha A. Darsta i Elizabeth Campbell na prestižnom Sveučilištu Rockefeller. „Podaci jednostavno ne podupiru zaključke koje su iznijeli.“ Upravo je Small, zajedno sa svojim kolegama, u novoj studiji objavljenoj u istom uglednom časopisu Cell, detaljno pokazao zašto znanstvenici, unatoč prethodnim tvrdnjama, i dalje ne znaju točan mehanizam djelovanja NiRAN domene. Ovo otkriće ima dalekosežne posljedice, ne samo za akademsku zajednicu, već i za farmaceutsku industriju gdje su timovi već možda započeli s dizajniranjem antivirusnih lijekova temeljenih na pogrešnim pretpostavkama. Ono služi i kao snažan podsjetnik na važnost rigorozne znanstvene provjere i validacije.

„Apsolutno je ključno da strukturni modeli budu precizni za medicinsku kemiju, osobito kada govorimo o kritičnoj meti za antivirusne lijekove koja je predmet tako intenzivnog interesa u industriji“, naglašava Elizabeth Campbell, voditeljica Laboratorija za molekularnu patogenezu. „Nadamo se da će naš rad spriječiti razvojne timove da uzaludno pokušavaju optimizirati lijek oko netočne strukture.“

Obećavajuća meta i zabluda koja je uslijedila

U trenutku objave originalnog članka 2022. godine, laboratoriji Campbella i Darsta već su bili duboko uključeni u istraživanje NiRAN domene i njezine važnosti kao terapijskog cilja. Oba laboratorija bave se proučavanjem ekspresije gena u patogenima, a njihov rad na virusu SARS-CoV-2 djelomično je usmjeren na karakteriziranje molekularnih interakcija koje koordiniraju replikaciju virusa.

NiRAN domena igra ključnu ulogu u procesu poznatom kao "kapa" (engl. capping) na RNA virusa. Ovaj proces postavlja zaštitnu strukturu na početak genetskog materijala virusa, omogućujući mu da se uspješno replicira i preživi unutar stanice domaćina. Jedan od načina na koji to radi jest korištenjem molekule zvane gvanozin difosfat (GDP), a taj je proces već bio detaljno opisan i njegova se struktura smatra riješenom. Međutim, NiRAN domena može koristiti i srodnu molekulu, gvanozin trifosfat (GTP), za formiranje zaštitne kape. U želji da razviju sveobuhvatne antivirusne lijekove koji bi potpuno "ugasili" NiRAN domenu, znanstvenici su bili iznimno zainteresirani za otkrivanje detalja ovog drugog, GTP-om posredovanog mehanizma.

U spornoj studiji iz 2022., istraživači su opisali precizan niz kemijskih koraka. Prema njihovom modelu, molekula vode lomi vezu kako bi oslobodila 5'-fosfatni kraj RNA. Taj se kraj zatim veže za beta-fosfatni kraj molekule GTP, što uz pomoć magnezijevog iona rezultira prijenosom preostalog dijela GTP-a na RNA, formirajući tako zaštitnu kapu koja virusu omogućuje daljnje umnožavanje. Kao krunski dokaz, tim je priložio sliku dobivenu krio-elektronskom mikroskopijom (krio-EM), vrhunskom tehnikom koja omogućuje vizualizaciju molekula u gotovo atomskoj rezoluciji, a koja je navodno uhvatila proces "na djelu". Kako bi "zamrznuli" ovaj ključni korak, koristili su sintetički analog GTP-a, molekulu GMPPNP.

Crvene zastave i mukotrpan put do istine

Gabriel Small je s velikim zanimanjem pročitao rad. „Čim su ga objavili, pokušao sam preuzeti njihove podatke“, prisjeća se. Ali, podataka nije bilo. U svijetu strukturne biologije, gdje je trenutačna dostupnost podataka standard, ovo je bila prva crvena zastava. Mjesecima kasnije, kada je konačno dobio pristup podacima, počeo je otkrivati značajne nedostatke. „Pokušao sam izraditi prikaz koristeći njihove podatke i shvatio sam da postoje ozbiljni problemi“, kaže Small. Svoju je zabrinutost podijelio s Campbell i Darstom, koji su se složili s njegovom procjenom.

„Nešto očito nije bilo u redu“, kaže Campbell. „Ali odlučili smo dati drugom timu priliku i sami ponovno obraditi sve njihove podatke od nule.“

Uslijedio je mukotrpan posao, s Smallom na čelu. Analizirajući kadar po kadar, uspoređivao je objavljeni atomski model sa stvarnom krio-EM mapom gustoće i otkrio nešto zapanjujuće: ključne molekule koje su Yan i kolege tvrdili da su vidjeli – specifično, GTP analog GMPPNP i magnezijev ion u aktivnom mjestu NiRAN domene – jednostavno nisu bile tamo. Nije postojao nikakav slikovni podatak koji bi potvrdio njihovu prisutnost. Štoviše, pozicioniranje tih molekula u originalnom modelu kršilo je osnovna pravila kemije, uzrokujući teške atomske sudare i nerealne interakcije naboja. Small je proveo i dodatne, napredne testove dizajnirane za prepoznavanje rijetkih čestica, no i oni su ostali prazni. Nije uspio pronaći ni jedan jedini dokaz koji bi podupro model koji su predstavili Yan i kolege.

Važnost znanstvene korekcije i pogled u budućnost

Nakon što su istraživači s Rockefellera potvrdili svoje rezultate, poslali su svoj ispravak u časopis Cell. „Bilo je vrlo važno da naš korektivni rukopis objavimo u istom časopisu koji je objavio i originalni model“, ističe Campbell, napominjući da se ispravci radova visokog profila često previde ako se objave u časopisima nižeg ranga. U suprotnom, zbrka u znanstvenom polju mogla bi uzrokovati probleme koji sežu daleko izvan laboratorijskih klupa. Ovo je skup podsjetnik da rigorozno temeljno biomedicinsko istraživanje nije samo akademska vježba, već je ključno za stvarni napredak u medicini.

„Kompanije drže svoje karte blizu prsa, ali znamo da nekoliko industrijskih grupa proučava ovo područje“, dodaje Campbell. „Napori temeljeni na pogrešnom strukturnom modelu mogli bi rezultirati godinama izgubljenog vremena i resursa.“ Ova situacija naglašava kritičnu ulogu recenzentskog postupka i samokorektivne prirode znanosti. Iako se pogreške mogu dogoditi, transparentnost i spremnost na ispravak ključni su za održavanje integriteta i napretka. Potraga za potpunim razumijevanjem NiRAN domene se nastavlja, sada s jasnijom slikom o tome što se ne zna, što znanstvenike vraća korak unatrag, ali ih usmjerava na ispravan put prema konačnom cilju – moćnom antivirusnom lijeku budućnosti.

Izvor: Rockefeller University