Self-assembled nanomaterials: targeted strategies for SARS-CoV-2 capture

Abstract

Aquesta tesis centra els esforços en el desenvolupament d’ensamblatges protèics bioenginyeritzats per neutralitzar el Coronovirs 2, causant de la Síndrome Respiratoria Aguda Greu (SARS-CoV-2), oferint noves estratègies antivirals pel desenvolupament de solucions terapèutiques y de diagnòstic. Per fer-ho, explotem les propietats d’autoensamblatge de la proteïna Sup35 de llevat. En concret, la capacitat amiloidogènica del fragment de 21 aminoàcids corresponent al seu nucli d’agregació (SAC). Fusionem el pèptid SAC de Sup35 a dos dominis d’alta afinitat capaços de reconèixer el Domini de Unió al Receptor de la proteïna Spike de SARS-CoV-2 per generar una proteïna quimèrica bifuncional sobre la qual basem el desenvolupament de dos biomaterials diferents. Primer, explotant les propietats amiloidogèniques de la regió SAC generem fibres funcionals (Nanofibrils) per crear un entramat capaç de reconèixer i capturar SARS-CoV-2. Segon, construim oligòmers solubles (OligoBinders) que en neutralitzen les partícules víriques. Mentres que les Nanofibres tenen potencial per a ser aplicades en la neutralització de materials com superfícies y solucions aquoses per prevenir la transmissió vírica, els OligoBinders es poden aplicar en usos clínics, ja sigui com a estratègia terapèutica o de diagnòstic. Ambdós materials reportats en la tesis s’aprofiten de les propietats d’autoensamblatge pròpies dels prions naturals per a crear noves aplicacions segures, dirigides y compatibles amb biomaterials aplicats en el camp de la salut. Aquests resultats suggereixen que la composició modular dels nostres biomaterials es pot extrapolar a altres patògens y a noves aplicacions més enllà de la neutralització de SARS-CoV-2, obrint les portes a la bioenginyeria de nous nanomaterials.

Esta tesis doctoral se centra en el desarrollo de ensamblajes proteicos bioingenierizados para neutralizar el Coronavirus 2 del Síndrome Respiratorio Agudo Severo (SARS-CoV-2), ofreciendo nuevas estrategias antivirales para el desarrollo de soluciones terapéuticas y herramientas de diagnóstico. Para ello, explotamos las propiedades de autoensamblaje de la proteína Sup35 de levadura. En concreto, la capacidad amiloidogénica del fragmento de 21 residuos correspondiente a su núcleo de agregación (SAC). Fusionamos el péptido SAC de Sup35 a dos dominios de alta afinidad capaces de reconocer el Dominio de Unión al Receptor de la proteína Spike de SARS-CoV-2 para así generar una proteína quimérica bifuncional sobre la cual basamos el desarrollo de dos biomateriales diferentes. Primero, explotando las propiedades amiloidogénicas inherentes de la región SAC generamos fibras funcionales (Nanofibrils) para crear un entramado capaz de reconocer y capturar SARS-CoV-2. Segundo, construimos oligómeros solubles (OligoBinders) que neutralizan partículas víricas de SARS-CoV-2. Mientras que las Nanofibras encuentran su potencial aplicación en la neutralización de materiales como superficies y soluciones acuosas para prevenir transmisión vírica, los Oligomeros tiene una aplicación dirigida a su uso clínico, ya sea como estrategia terapéutica o de diagnóstico. Ambos materiales reportados en la presente tesis, aprovechan las propiedades de autoensamblaje propias de los priones naturales para crear nuevas aplicaciones seguras, dirigidas y compatibles con biomateriales aplicados a la salud. Los resultados sugieren que la composición modular de nuestros biomateriales puede extenderse a otros patógenos y aplicaciones más allá de la neutralización del SARS-CoV-2, abriendo las puertas a la bioingeniería de nuevos nanomateriales.

This doctoral thesis centers on developing innovative bioengineered prion-inspired protein assemblies aimed at neutralizing Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), providing potential applications in antiviral surfaces and therapeutic interventions. In this regard, a generalizable modular method using the 21-residue Soft Amyloid Core (SAC) peptide from the Sup35 yeast prion domain has been applied as an assembling module fused to two different high-affinity binding domains that recognize the Receptor Binding Domain of SARS-CoV-2 spike protein. To do so, we have implemented two distinct bioengineered platforms to build stable and biocompatible materials. First, we incorporated our binding domains to insoluble amyloid-like fibrils, exploiting Sup35 self-assembly. Second, we built soluble amyloid-like oligomers, referred to as OligoBinders. Nanofibrils offer a potential solution as a viral neutralization material for high-risk public spaces to prevent virus transmission, while OligoBinders are a promising candidate for diagnostics, therapeutics, and preventive measures against viral transmission. Both approaches leverage the self-assembly nature of prion domains to create targeted, safe, and biocompatible antiviral modular tools. These findings indicate broader implications for bioengineered antiviral materials, potentially extending to other viral pathogens beyond SARS-CoV-2.