Neue Methode kombiniert Simulation und Laborarbeit
Forscher haben ein Verfahren namens CAAMO (Computer‑Aided Aptamer Modeling and Optimization) vorgestellt, das die rechnergestützte Gestaltung von RNA‑Aptameren mit experimenteller Validierung verknüpft. Das Ziel ist, die Bindungsaffinität von Aptameren an das Spike‑Protein des SARS‑CoV‑2 zu erhöhen und damit deren klinisches Potenzial zu stärken.
Ausgangslage: Aptamer Ta
Der Ausgangspunkt war ein bereits publizierter RNA‑Aptamer mit der Bezeichnung Ta, der an das Rezeptor‑Binding‑Domain (RBD) des Spike‑Proteins bindet. Trotz nachgewiesener Bindung blieb die genaue Bindungsweise unklar, und die Affinität entsprach nicht den Anforderungen für therapeutische Anwendungen.
Computationaler Workflow zur Bindungsanalyse
Das CAAMO‑Team nutzte mehrere rechnerische Strategien, darunter molekulare Docking‑Szenarien und Molekulardynamik‑Simulationen, um das Bindungsmodus von Ta am RBD zu bestimmen. Durch die Kombination verschiedener Algorithmen konnten sie ein plausibles Strukturmodell ableiten, das als Basis für weitere Optimierungen diente.
Rationales Design von Kandidaten
Auf Basis des ermittelten Modells wurden sechs modifizierte Aptamer‑Sequenzen entworfen, die strukturelle Änderungen und potenzielle Verbesserungen der Kontaktflächen zum RBD berücksichtigen. Die Entwürfe wurden ausschließlich in silico optimiert, bevor sie in vitro getestet wurden.
Experimentelle Bestätigung der Affinitätssteigerung
Fünf der sechs vorgeschlagenen Kandidaten wurden im Labor synthetisiert und hinsichtlich ihrer Bindungsstärke an das RBD gemessen. Alle fünf zeigten im Vergleich zum ursprünglichen Ta‑Aptamer eine signifikante Erhöhung der Affinität, wobei die stärkste Verbesserung bei dem Kandidaten TaG34C zu verzeichnen war.
Vergleich mit neutralisierenden Antikörpern
Die Bindungsaffinität von TaG34C wurde anschließend mit ausgewählten neutralisierenden Antikörpern verglichen. Die Messungen ergaben, dass die Affinität des optimierten Aptamers an das RBD mit der von etablierten Antikörpern vergleichbar ist, was seine Eignung als alternative therapeutische Komponente unterstreicht.
Ausblick auf diagnostische und therapeutische Anwendungen
Die Ergebnisse demonstrieren, dass CAAMO eine robuste Plattform für die schnelle Entwicklung zahlreicher hochaffiner Aptamere mit komplexen Strukturen bietet. Der Ansatz eröffnet Perspektiven für die Herstellung von RNA‑basierten Diagnostika und Therapeutika gegen COVID‑19 und möglicherweise weitere virale Erkrankungen.Dieser Bericht basiert auf Informationen von eLife, lizenziert unter Creative Commons BY 4.0 (Open Access). Wissenschaftliche Inhalte, offen zugänglich.
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