A Low Containment CCHFV Entry Screening Platform Identifies Compounds with Antiviral Activity against Authentic CCHFV

Virussen zijn in de traditionele zin geen levende wezens; ze lijken meer op microscopische pakketjes genetische instructies die niet uit zichzelf kunnen overleven of zich kunnen voortplanten. Om meer van zichzelf te maken, moeten ze een levende cel binnendringen, de machinerie ervan kapen en de cel dwingen om nieuwe virusdeeltjes te bouwen. De eerste en meest cruciale stap in deze invasie is de entree. Een virus moet zich eerst aan het oppervlak van een cel hechten en vervolgens zijn buitenkant versmelten met het celmembraan om naar binnen te glippen. Voor veel gevaarlijke virussen wordt dit proces van entree gedreven door specifieke eiwitten op het virusoppervlak die fungeren als sleutels die de celdeur ontgrendelen. Als wetenschappers een stof kunnen vinden die deze sleutels blokkeert of de deur blokkeert, kunnen ze de infectie stoppen voordat deze zelfs maar begint. Dit is een veelbelovende strategie voor het bestrijden van virale ziekten, maar het wordt ongelooflijk moeilijk wanneer het virus in kwestie zo gevaarlijk is dat het alleen in de meest beveiligde laboratoria op aarde bestudeerd kan worden.

Het Krim-Congo hemorragische koorts virus, of CCHFV, is een dergelijk gevaarlijk pathogeen. Het wordt overgedragen door teken en kan ernstige, vaak dodelijke ziekte bij mensen veroorzaken. Omdat het zo gevaarlijk is, moet elk onderzoek waarbij het werkelijke, levende virus betrokken is, worden uitgevoerd in een Biosafety Level 4-faciliteit, een omgeving met een hoge beveiliging waar onderzoekers volledige beschermende pakken dragen en werken in afgesloten containmentkamers. Deze strikte veiligheidsregels betekenen dat slechts een handvol laboratoria wereldwijd het virus kan bestuderen, en het werk is traag, duur en beperkt in schaal. Dit creëert een belangrijke flessenhals voor het vinden van nieuwe medicijnen. Wetenschappers hebben een manier nodig om potentiële medicijnen te testen tegen het entreemechanisme van het virus zonder daarvoor bij elke experimentele test het levende, gevaarlijke virus te hoeven gebruiken. Ze hebben een veiliger, minder beveiligd model nodig dat de kritieke eerste stappen van de infectie nabootst.

Een team van onderzoekers heeft precies zo'n model ontwikkeld en heeft het gebruikt om twee bestaande medicijnen te vinden die de CCHFV zouden kunnen stoppen. Ze creëerden een veilige, niet-infectieuze versie van het virus die de entry-eiwitten van CCHFV op zijn oppervlak draagt, maar niet in staat is tot replicatie of het veroorzaken van ziekte. Dit "pseudotype" virus kan in standaardlaboratoria met een lagere beveiliging worden bestudeerd. Met behulp van dit systeem screenden de onderzoekers een bibliotheek van 186 verschillende chemische verbindingen om te zien welke erin slaagden het virus te blokkeren bij het binnendringen van cellen. Ze identificeerden twee kandidaten: een medicijn genaamd eltrombopag olamine, dat momenteel wordt gebruikt voor de behandeling van een laag aantal bloedplaatjes, en quercetine, een natuurlijke verbinding die in veel vruchten en groenten voorkomt. Beide stoffen stopten het veilige, nepvirus succesvol bij het binnendringen van cellen, en belangrijker nog, ze doodden de cellen zelf niet.

De onderzoekers wilden vervolgens weten op welk exact moment deze medicijnen werkten tijdens het infectieproces. Ze voerden een reeks getimede experimenten uit, waarbij ze de medicijnen op verschillende momenten toevoegden ten opzichte van wanneer het virus de cellen raakte. Ze ontdekten dat beide verbindingen het meest effectief waren wanneer ze aanwezig waren tijdens de initiële hechting van het virus en de zeer vroege stadia van de entree. Deze timing suggereert dat de medicijnen de bekwaamheid van het virus om te fuseren met het celmembraan verstoren, een proces dat normaal gesproken plaatsvindt nadat het virus zich in een kleine, zure zak binnen de cel bevindt. Om dit te bevestigen, testte het team de medicijnen in een aparte assay die direct de bekwaamheid van de virale eiwitten om twee cellen samen te laten fuseren mat. Zowel eltrombopag olamine als quercetine verminderden deze fusieactiviteit aanzienlijk, met name onder de zure omstandigheden die het proces triggeren. Computeronderzoek suggereerde verder dat deze medicijnen waarschijnlijk binden aan specifieke regio's van de betrokken virale eiwitten, wat potentieel de structurele veranderingen voorkomt die nodig zijn voor het binnendringen van het virus.

De meest kritieke test was echter of deze bevindingen standhielden tegenover het echte, gevaarlijke virus. De onderzoekers verplaatsten hun werk naar een hoogbeveiligd Biosafety Level 4-laboratorium om de verbindingen te testen tegen authentiek, levend CCHFV. Ze gebruikten een aangepaste versie van het virus die groen oplicht wanneer het succesvol een cel infecteert. In deze experimenten met hoge mate van containment toonden zowel eltrombopag olamine als quercetine opnieuw de bekwaamheid om het virus te stoppen, waarbij het aantal geïnfecteerde cellen op een dosisafhankelijke wijze werd verminderd. Hoewel de medicijnen minder potent waren tegen het echte virus dan tegen het veilige model, bevestigden de resultaten dat de screeningmethode met lagere beveiliging succesvol verbindingen met echte antivirale activiteit had geïdentificeerd. De onderzoekers testten de medicijnen ook tegen een ander virus, het Rift Valley-koorts virus, en vonden dat de inhibitie veel zwakker was, wat suggereert dat de verbindingen mogelijk een specifiek effect hebben op de entry-mechanismen van CCHFV in plaats van een algemeen effect op alle virussen.

Deze studie demonstreert een praktisch pad vooruit voor de ontdekking van behandelingen voor de gevaarlijkste virussen ter wereld. Door een veilig, surrogaatsysteem te gebruiken om de lijst met potentiële medicijnen in te korten, kunnen wetenschappers de meest veelbelovende kandidaten identificeren zonder dat zij voor elke initiële test het levende virus hoeven te gebruiken. Zodra een paar sterke kandidaten zijn gevonden, kunnen zij worden gevalideerd in de hoogbeveiligde laboratoria waar het echte virus wordt gehanteerd. De twee verbindingen die in dit werk zijn geïdentificeerd, eltrombopag olamine en quercetine, zijn nog niet klaar om als geneesmiddelen te worden gebruikt; ze zijn effectief bij concentraties die relatief hoog zijn, en er is meer onderzoek nodig om precies te begrijpen hoe ze werken en om hun potentie te verbeteren. Echter, ze dienen als bewijs dat deze screeningsstrategie werkt. Ze bieden een startpunt voor verdere investigatie, wat een manier biedt om de kwetsbaarheden van het entreeproces van het virus te verkennen en potentieel leidend te zijn tot de ontwikkeling van effectieve behandelingen voor een ziekte die momenteel geen goedgekeurde antivirale therapie heeft.