خبرهایی بد، بسته‌بندی شده با پروتئین

ویروس را میتوان به شکل ساده یک بسته‌ی خبرهای بد بدانیم که با پوششی پروتئینی بسته بندی شده است. این را "جان و پیتر مدور" در سال 1977م. گفته اند.جین و پیتر میدوار.پیتر ایمونولوژیست و برنده نوبل1960 بوددر ژانویه همین سال تازه‌ی میلادی(دی ماه 1398) یکی از این بسته‌های خبری بد ،خیلی بد، به دنیا معرفی شد و دانشمندان ما را با آن آشنا کردند: SARS-CoV-2،ویروسی که عامل بیماری کووید 19 است. اولین نمونه‌ی این ویروس از بدن مردی 41 ساله که در بازار ماهی شهر ووهان در چین کار می‌کرد جداسازی و شناسایی شد.تصویر بازسازی شده ی ویروس کرونای جدید SARS-CoV-2پژوهشگران امروزه در رقابتی شدید هستند تا هرچه زودتر بتوانند دارو یا واکسنی برای مقابله با این ویروس و بیماری حاصل از آن بیابند.برای این کار لازم است اطلاعات خوبی از رفتار و شیوه‌ زیست این ویروس داشته باشیم و چی بهتر از اینکه بدانیم فرمانهای عملیاتی ویروس چیست و چه فرمانهایی به آن می‌دهد. این فرمانها چیزی نیستند به‌جز دستورات ژنتیکی که در ماده‌ی وراثتی ویروس یعنی "ژنوم" قرار داده شده است.کرونا ویروسها از آن گروه ویروسهایی هستند که ژنومشان شامل یک رشته RNA است. هر رشته RNA یا DNA شامل مجموعه ای از کدهای ژنتیکی هستند. برخی از ژنها ،ژنهای عملکردی و فعال هستند.آنها قرار است فرمان کاری را بدهند و عملا خصوصیات و عملکردهای سلول(و نهایتا جاندار) به این فرامین وابسته است. ژنها این فرامین را از طریق پروتئینها اعمال میکنند. به عبارتی هر مجموعه ژن برای دستور دادن به انجام کاری،ابتدا دستور ساخت(کُد کردن)یک یا چند پروتئین را صادر کرده و آن پروتئینها کاری که باید را انجام میدهند.هر مجموعه ژن را در قالب جملاتی بدانید که از حروف الفبای ژنتیکی تشکیل شده است. حروف الفبای ژنتیکی در حقیقت 4 مولکول(نوکلئوتید) هستند با نامهای آدنین،گوانین،سیتوزین و تیمین(در RNA یوراسیل) که آنها را به اختصار با حروف A,G,C,T(U) نمایش میدهیم. ترتیب و توالی این ملکولها کنار هم یک ژن را میسازند و هر سری ژن یک پروتئین را میسازند .پس برای هر پروتئین(یا هر دستور دیگری) یک جمله ی بلند یا کوتاه از این مولکولها وجود دارد که در سلول ترجمه میشوند.ژن‌ها مجموعه‌ای از مولکولهای نوکلئوتید هستند که کنار هم قرار گرفته‌اندیک رشته RNAویروسها برای اینکه تکثیر شده و شیوع پیدا کنند ،باید بتوانند سلولهای زنده را اجیر کنند. آنها برای اینکار مثل هواپیمارباها، سلول را تسخیر کرده و به فرمان خود درمی آورند.ژنوم کروناویروس جدید کمتر از 30.000 حرف درازا دارد.برای اینکه بدانید این طول یعنی چه، با ژنوم انسان مقایسه کنیدش: ژنوم ما حدود 3 میلیارد حرف دارد. دانشگران متوجه شده اند که این ژنوم برای ساختن 29 مدل پروتئین مختلف لازمند . این پروتئینها هم برای این ساخته میشوند که بتوانند کارهای لازم و متعدد برای تکثیر و شیوع ویروس را انجام دهند و به خصوص سیستم ایمنی بدن مارا از سرکوب کنند تا مانعی درراه تکثیرشان نباشد.یک رشته RNA.ژنوم کروناویروس جدید چنین چیزی است.نخستین سری جملات یک رشته ی RNAویروس SARS-CoV-2 اینها هستند:auuaaagguuuauaccuucccagguaacaaaccaaccaacuuucgaucucuuguagaucuguucucuaaacgaacuuuaaaaucuguguggcugucacucggcugcaugcuuagugcacucacgcaguauaauuaauaacuaauuacugucguugacaggacacgaguaacucgucuaucuucugcaggcugcuuacgguuucguccguguugcagccgaucaucagcacaucuagguuucguccgggugugaccgaaagguaagاین توالی حروف ژنتیکی ، سامانه های داخل سلول سالم را به خدمت می‌گیرد تا همه‌ی RNA ویروس را بازخوانی کنند و آن را به ترجمه‌های پروتئینی کرونا ویروس تبدیل کنند.پروتئینهای روی RNAحالا بیایید متن کامل ژنوم کرونا ویروس جدید و ترجمه‌ی پروتئینی آن را با هم مرور کنیم: زنجیره‌ی پروتئین-ORF1abنخستین پروتئینی ویروسی که داخل سلول آلوده شده(تسخیر شده) شکل می‌گیرد یک زنجیره‌ی 16 پروتئینه است که به یکدیگر پیوسته‌اند.دوتا از این پروتئین‌ها همچون یک قیچی عمل می‌کنند که پروتئین‌های مختلف را از هم بریده و جدا می‌کنند. با این‌کار پروتئین‌ها به کاری که ویروس دلش بخواهد عمل می‌کنند.پژوهش روی سایر گونه‌های کروناویروس به دانشگران امکان داده که کروناویروس جدید را بهتر بشناسند. هرچند برخی پروتئین‌های این ویروس جدید فعالیتی عجیب و غریب دارند و برخی هم اصلا کاری انجام نمی‌دهند. نمودار همه ی ژنهای کروناویروس جدیدخرابکار سلولی · NSP1این پروتئین باعث می‌شود سلولِ تسخیرشده سرعت ساخت پروتئین‌های خودش را به شکل محسوسی کاهش دهد. این خرابکاری، سلول میزبان را مجبور می‌کند پروتئین‌های ویروسی را بیشتر و بیشتر تولید کرده و از سوی دیگر پروتئین‌های ضدویروسیِ کمتری بسازد و مانع کار ویروس نشود.پروتئینِ NSP1پروتئین رمزآلود · NSP2دانشگران خیلی مطمئن نیستند که این پروتئین چهکاره است و چه نقشی دارد.شاید برای کشف رمز از کارکرد آن،خوب باشد نگاهی به پروتئینِ متصل شده به آن نگاهی بیاندازیم. دوتا از این پروتئین‌های متصل به هم باعث تسهیل و تحریک حرکت اِندوزومها در اطراف سلول می‌شود. اندوزومها حبابهایی پر از مولکول‌های مختلف هستند.پروتئین NSP2برچسب بَردار و بُرش دهنده NSP3پروتئینی بزرگ است که دو نقش مهم دارد.یکی از این دو نقش برش‌دادن پروتئین دیگر است تا هرکدام به تنهایی کارشان را انجام دهند.این پروتئین همچنین بسیاری از پروتئین‌های سلولِ تسخیر شده را هم تغییر می‌دهند.معمولا یک سلولِ سالم پروتئین‌های قدیمی را برچسب می‌زند تا آنها را از رده خارج کرده و پروتئین‌های جدیدتر را به جایشان بنشاند. اما کروناویروس می‌تواند این برچسب‌ها را بردارد و تعادل پروتئینی سلول را به هم‌بزند و توان دفاعی سلول در برابر ویروس‌ها را بکاهد.پروتئین NSP3حباب‌ساز· NSP4 این پروتئین به همراه دیگر پروتئین‌ها به ساخته شدن حباب‌هایی پر از مایعات درون سیتوپلاسم سلولِ تسخیر شده می‌پردازد. درون این حباب‌ها قطعات مورد نیاز برای ساخته شدن ویروس‌های تازه وجود دارد. پروتئین NSP4قیچی پروتئینی · NSP5این پروتئین بیشترِ برش‌ها را روی پروتئین‌های دیگر اعمال می‌کند تا آنها به کارهای خودشان مشغول شوند.پروتئین NSP5کارخانه‌ی حباب‌ها · NSP6این پروتئین به همراه NSP3 وNSP4کارخانه‌ی حباب‌سازی ویروس را در دل سلول برپا می‌کند.پروتئین NSP6دستیاران نسخه‌بردار · NSP7 and NSP8این دو پروتئین به NSP12 کمک می‌کنند تا نسخه‌های تازه‌ای از ژنوم RNA ساخته شود. این ژنوم‌های تازه در نهایت در دل ویروس‌های جدید قرار می‌گیرند.پروتئینهای دوگانه- NSP7 و NSP8در قلب سلول · NSP9این پروتئین کانال‌های ریزی را در هسته‌ی سلول‌ِتسخیر شده، یعنی جایی که ژنوم ما انسان‌ها قرار دارد می‌سازد. این کار ممکن است بر رفت و آمد مولکول‌ها به درون و بیرون هسته تاثیر بگذارد. اما برای چه منظوری و چه سودی دارد؟ نمی‌دانیم.پروتئین NSP9استتار ژنتیکی · NSP10سلول‌های انسانی پروتئین‌های ضدویروسی دارند که RNA ویروس را به راحتی شناسایی کرده و آن را تکه‌تکه می‌کند.این پروتئین به همراه NSP16 ژنوم ویروس را استتار می‌کند تا مورد شناسایی و حمله‌ی پروتئین‌های ضد ویروسی سلول‌تسخیر شده قرار نگیرد.پروتئین NSP10دستگاه کپی · NSP12پروتئین NSP12این پروتئین حروف ژنتیکی را در کنار هم قرار می‌دهد تا ژنوم ویروس‌های تازه را بسازند. پژوهشگران دریافته‌اند که دارویی به نام remdesivir با این پروتئین در کروناویروس‌های دیگر تداخل داشته و فعالیتش را مختل می‌کند. حالا پژوهشگران به دنبال اینند که ببینند آیا می‌توان با این دارو کووید-19 را هم درمان کنند یا نه.سلول‌های‌تسخیر شده جمله‌ی ژنتیکی زیر را می‌خواند که در واقع کدکننده‌ی پروتئین NSP12 است:ucagcugaugcacaaucguuuuuaaac...سپس کمی عقب رفته و از حرف c دوباره خواندن را انجام می‌دهد:توالی جمله‌های پروتئین دیگری به نام NSP11با این توالی جمله‌ها یکسان است اما نمی‌دانیم آیا پروتئین کوچکی که با این کد ژنتیکی ساخته می‌شود اصلا فعالیت مشخصی دارد یا نه.بازکننده‌ی آر اِن اِی · NSP13 به طور معمول RNA این ویروس شکلِ پیچ‌خورده و درهمی دارد. دانشگران حدس می‌زنند که پروتئین NSP13 کارش بازکردن این پیچ‌خوردگی از لابلای کلاف‌ِ درهم RNA باشد. او این کار را می‌کند تا دیگر پروتئین‌ها بتوانند توالی جمله‌های ژنتیکی را بخوانند و از آن کپی‌برداری و ژنوم را تکثیر کنند.پروتئین NSP13غلطگیر ویروسی · NSP14وقتی پروتئین NSP12 ژنوم ویروس را کپی‌برداری می‌کند، این امکان وجود دارد که برخی حروف ژنتیکی جابیفتد یا اشتباه وارد ژنوم بشود. پروتئین NSP14 این غلط‌ها را پیدا کرده ،آنها را بریده و دور می‌اندازد تا حروف درست بتوانند جایگزین شوند.پروتئین NSP14تمیز کننده ها· NSP15پژوهشگران معتقدند که این پروتئین خرده‌ریزه‌های باقیمانده‌ی RNA ویروس را که در حین کپی‌برداری در محل باقی مانده‌اند جابجا کرده و به اصطلاح محل را از اثر‌جرم تمیز می‌کنند. مهمترین فایده‌ی این کار این است که عوامل ضدویروسی و دفاعیِ سلول نتوانند آنها را پیدا کرده و وارد عمل شوند.پروتئین NSP15استتار بیشتر · NSP16 این پروتئینی است که با NSP10 همکاری کرده و ژنوم ویروس را از دید پروتئین‌هایی که برای قلع و قمع RNA ویورس آماده‌اند پنهان می‌کنند.پروتئین NSP16پروتئین‌های گُلمیخ · Sپروتئین های گلمیخی یکی از چهار پروتئین ساختاری این ویروس است. این چهارتا عبارتند از :S,E,MوN. پروتئین‌های ساختاری لایه‌ی بیرونی کروناویروس را شکل می‌دهند و RNA ویروس را دربر گرفته و از آن محافظت می‌کنند.این پروتئین‌های چهارگانه در ساخته شدن و رهاسازی ویروس‌های کپی شده و تکثیر شده نقش کمکی دارند.گلمیخ Sپروتئینهای S گلمیخهای برجسته و درشتی می‌سازند که در دسته‌های سه‌تایی کنارهم و روی سطح بیرونی ویروس قرار می‌گیرند. همین پروتئین‌ها هستند که شکل تاج یا اشعه‌های خورشید به ویروس داده و نام کرونا ویروس هم از همین شکل ظاهری وام گرفته شده(کرونا در زبان انگلیسی به معنای تاج یا اشعه‌دار است)خوشه سه‌تایی پروتئین‌های گلمیخی Sآن بخش از گلمیخها که کمی گسترده شده ، می‌توانند به پروتئینی به نام ACE2 متصل شود (در تصویر با رنگ زرد معلوم شده) . این پروتئین‌های ACE2 در سلول‌های خاصی از بدن انسان‌ها وجود دارد. مثلا در سلولهای تنفسی ما. وقتی چنین اتصالی بین پروتئینهای ACE2و Sبرقرار شود ، حمله‌ی ویروس‌ها به سلول‌ها آغاز شده است.پروتئین گلمیخی S متصل به پروتئین گیرنده‌ی ACE2ژنی که برای این پروتئین‌های گلمیخی در SARS-CoV-2 وجود دارد، یک نقطه اتصال با 12 حرف ژنتیکی دارد: ccucggcgggca این توالی حاصل یک جهش ژنتیکی است که به نظر می‌آید به اتصال محکم این ویروس به سلولهای انسانی کمک شایانی کرده و این گام مهمی در تکامل ویروس کروناست که توانسته سلول‌های خفاش و سایر پستانداران را آلوده ودرگیر کند .یکی از راه‌هایی که پژوهشگران برای مقابله با این ویروس و بیماری کووید-19 طی می‌کنند تا واکسن قابل اعتمادی ساخته شود این است که جلوی اتصال این گلمیخها به سلوله‌ای انسانی را بگیرند.استادِ فراری دادن · ORF3aژنوم SARS-CoV-2 گروهی از پروتئینها را کد می‌کند که به آنها "پروتئین‌های جانبی"می‌گوییم.این پروتئین‌ها محیط داخلی سلول تسخیر شده را به گونه‌ای تغییر می‌دهند که برای تکثیر و کپی‌شدن ویروس مناسب‌تر شده و آن را تسهیل کند.پروتئین ORF3aپروتئینORF3aیک سوراخ کوچک روی غشای سلول تسخیرشده می‌سازد تا ویروس‌های تازه ساخته شده از طریق این سوراخ راحت‌تر بتوانند فرارکنند و آزاد شوند. همچنین این پروتئین فرآیند ورم و التهاب سلولی را آغاز می‌کند . این التهاب یکی از خطرناکترین نشانه های بیماری کووید-19 است.پروتئین پوششی · Eپروتئین پوششی یکی از پروتئینهای ساختاری است که در ساخته شدن حبابهای روغنی ویروس نقش دارند.البته به جز این وظایفی هم در همان ابتدای ورود ویروس به سلول دارد.پژوهشگران دریافته اند که این پروتئین به پروتئینهای دیگر میچسبند تا ژنهای آنها را روشن و خاموش کنند.پروتئین غشایی · Mیکی دیگر از پروتئینهای ساختاری که بخشی از پوشش بیرونی ویروس (غلاف) را شکل میدهد. پروتئین غشایی Mحذف کننده سیگنال · ORF6این پروتئین جانبی سیگنال‌هایی که سلول تسخیرشده می‌فرستند تا دستگاه ایمنیِ بدن متوجه خطر شود را سرکوب می‌کند. همچنین این پروتئین می‌تواند پروتئین‌هایی که ضدویروس‌های دیگر (مثلا آنفلوآنزا یا فلج اطفال) عمل میکنند را هم سرکوب کنند. بنابراین بعید نیست که فرد مبتلا به کووید 19 دچار این بیماری‌ها نیز بشود.پروتئین ORF6رهاکنند‌ه های‌ویروس · ORF7aپروتئین ORF7aوقتی ویروس‌ها می‌خواهند از سلول‌های تسخیرشده بیرون‌زده و رها شوند، سلول آخرین مقاومت‌هایش را به خرج می‌دهد. برای این‌کار از پروتئینی به نام تِتِرین استفاده می‌کند و ویروس‌ها را به دام می‌اندازد.برخی پژوهش‌ها نشان می‌دهد که پروتئین ORF7a منابع تامین تترین را در سلول از کار انداخته و با خیال راحتتر ویروس‌های کپی شده از سلول تسخیرشده فرار می‌کنند.کار عجیب دیگری که این پروتئین به سودِ ویروس می‌کند این است که باعث خودکشی سلول‌های تسخیر شده می‌شوند. این همان اتفاقی است که باعث آسیب‌های جدی کووید-19 به ریه‌ی فرد مبتلا می‌شود.پروتئین رازآلود· ORF8ژن مرتبط با این پروتئین جانبی در ویروس کرونای جدید به شکل عجیبی با سایر کروناویرو‌س‌ها متفاوت است. ما هنوز نمی‌دانیم که عملکرد این پروتئین چیست.پروتئین ORF8پروتئین نوکلئو کپسید · Nپروتئین Nپروتئین N از RNA ویروس حفاظت کرده و به پایداری ویروس مشغول است. پروتئین‌های N زیادی به هم دیگر متصل شده و یک رشته‌ی بلند مارپیچی می‌سازند که روی تمام مارپیچ RNAرا پوشانده و حفاظت میکنند.پروتئین مرموز · ORF10سایر ویروس‌های کرونا ژن‌های کدکننده‌ی این پروتئین جانبی کوچک را ندارند بنابراین ما هنوز نمی‌دانیم که این پروتئین اصلا چه نقشی دارد.پروتئین ORF10سطر پایانی?ژنوم کرونا ویروس با تکه ی کوچکی از RNAپایان میابد که فرآیند پروتئین سازی را متوقف میکند. و در نهایت این داستان با تکرار حروف aaaaaaaaaaaaaaaaa پایان میابد:caaucuuuaaucaguguguaacauuagggaggacuugaaagagccaccacauuuucaccgaggccacgcggaguacgaucgaguguacagugaacaaugcuagggagagcugccuauauggaagagcccuaauguguaaaauuaauuuuaguagugcuauccccaugugauuuuaauagcuucuuaggagaaugacaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaژنوم ویروس کرونای جدید. به شکل RNAپایان.این نوشته ، ترجمه آزاد به همراه اندکی افزوده است از مقاله :Bad News Wrapped in Protein: Inside the Coronavirus Genome.BY: Jonathan Corum & Carl Zimmer .The New York Times-April 3, 2020