ENGINEERINGNET.BE - ‘Veel virussen hebben de vorm van kleine bolletjes. Corona, griep, hiv en zika bijvoorbeeld, zijn zulke enveloped virusses. Ze zijn bijna duizend keer zo klein als onze eigen cellen,’ aldus biofysicus Niek van Hilten.
Ze hebben net zo’n membraan als menselijke cellen: een dubbele laag vetmoleculen met de lange staarten naar elkaar toegekeerd. ‘Omdat virussen zo klein zijn, is hun membraan veel meer gekromd dan dat van onze lichaamscellen. Sommige kleine eiwitten kunnen die kromming aanvoelen, vervolgens het membraan doorboren en zo het virus vernietigen.’
Dat er eiwitten bestaan die bolletjesvirussen zo kunnen bestrijden, is al twintig jaar geleden ontdekt. ‘Toen bleek een eiwitmolecuul genaamd “AH” envelop-virussen te herkennen aan hun membraan en dat vervolgens te perforeren.’ Onderzoekers testten al verschillende varianten op muizen en makaken.
‘Wij gebruiken het AH-eiwit als voorbeeld om precies te begrijpen hoe zo’n medicijn werkt en om zo’n eiwit from scratch te ontwerpen.’ Dat is gelukt.
De eiwitmoleculen die virusmembranen herkennen, bestaan uit 24 blokjes van één aminozuur. Omdat er 20 verschillende aminozuren bestaan, leverde dit teveel mogelijkheden op om virtueel te testen, zelfs voor een algoritme dat met supercomputerkracht kan rekenen.
Collega-promovendus Jeroen Methorst schreef daarom een evolutionair algoritme dat met 144 willekeurige mogelijke eiwitten startte. ‘Dat is het efficiëntste aantal dat de rekenkracht van onze supercomputers aankon.’
Het algoritme checkte in een virtueel stukje membraan hoe goed deze eiwitten een krom virusmembraan kunnen onderscheiden en perforeren. Daarna liet het de beste exemplaren zich met elkaar voortplanten. ‘Na 25 generaties gingen de prestaties van de moleculen niet meer omhoog en stopten we.’
Een vernieuwend aspect aan het algoritme waarmee de onderzoekers werkten, is de combinatie van een evolutionair algoritme en simulaties van moleculaire dynamica.
Van Hilten: ‘Dat laatste is een techniek om de bewegingen en interacties van moleculen te simuleren. Het resultaat is een filmpje waarop je ziet wat de moleculen doen. Veel andere algoritmen werken als een black box en spugen een resultaat uit, bij ons algoritme kon je van elke uitkomst zien wat het deed.’
In Leiden en in het Duitse Ulm synthetiseerden collega-onderzoekers enkele veelbelovende varianten. ‘Bij laboratoriumtesten bleken sommige van deze eiwitten te werken tegen zika en hiv, en ze waren veilig voor menselijke celmembranen.’
