ارتعاشات پروتئین‌های کروناویروس ممکن است در ایجاد عفونت نقش داشته باشد

منتشر شده در: MIT news به تاریخ ۱۹ نوامبر ۲۰۲۰ لینک مطلب اصلی: Vibrations of coronavirus proteins may play a role in infectionوقتی کسی با کلیدی که به نظر نمی‌رسد کار کند سعی می‌کند قفل را باز کند، گاهی اوقات کلید را کمی تکان می‌دهد و به او کمک می‌کند. حال، تحقیقات جدید از MIT نشان می‌دهد که کوروناویروس‌ها، از جمله ویروسی که باعث COVID19 می‌شود، ممکن است از یک روش مشابه برای فریب دادن سلول‌ها برای اجازه دادن نفوذ ویروس‌ها به داخل آن استفاده کنند. این یافته‌ها می‌تواند برای تعیین میزان خطرناک بودن نژادها یا جهش‌های مختلف کوروناویروس‌ها مفید باشد و ممکن است به یک رویکرد جدید برای توسعه درمان اشاره کند.مطالعات در مورد این که چگونه اسپایک‌ پروتیین‌ها که ظاهر تاج مانند مشخصی به کوروناویروس‌ها می‌دهند، با سلول‌های انسان به طور معمول شامل مکانیسم‌های بیوشیمیایی تعامل دارند. اما برای این مطالعه محققان رویکرد متفاوتی را اتخاذ کرده‌اند. با استفاده از شبیه‌سازی اتمی، آن‌ها به جنبه‌های مکانیکی چگونگی حرکت اسپایک‌ پروتئین‌ها، تغییر شکل و ارتعاش آن نگاه کردند. نتایج نشان می‌دهد که این حرکات ارتعاشی می‌تواند راهبردی را در نظر بگیرد که در آن از کروناویروس‌ها استفاده می‌شود، که می‌تواند یک مکانیزم قفل شدگی را بر روی سطح سلول اعمال کند تا ویروس از طریق دیواره سلول وارد شود و مکانیسم‌های تولیدمثل سلول را به سرقت ببرد.این تیم یک رابطه مستقیم قوی بین نرخ و شدت ارتعاشات اسپایک‌‌ها و این که ویروس چگونه می‌تواند به آسانی به سلول نفوذ کند، پیدا کرد. آن‌ها همچنین رابطه‌ای معکوس با میزان مرگ و میر یک ویروس کرونا پیدا کردند. از آنجا که این روش براساس درک ساختار مولکولی دقیق این پروتیین‌ها می‌باشد، محققان می‌گویند که می‌تواند برای غربالگری موارد غیر ویروسی در حال ظهور یا جهش‌های جدید COVID19 برای ارزیابی سریع ریسک بالقوه آن‌ها استفاده شود.این یافته‌ها، توسط مارکوس بوهلر، استاد مهندسی عمران و محیط‌زیست MIT و یوین هو، دانشجوی کارشناسی‌ارشد، امروز در مجله Matter منتشر می‌شوند.به گفته بوهلر، همه تصاویری که ما از ویروس SARS-CoV-۲ می‌بینیم کمی گمراه‌کننده هستند. او می‌گوید: «این ویروس اینگونه به نظر نمی‌رسد» چون در واقع همه مواد در مقیاس نانومتری اتم‌ها، مولکول‌ها و ویروس‌ها به طور مداوم در حال حرکت و ارتعاش هستند. آن‌ها واقعا شبیه تصاویر یک کتاب شیمی یا یک وب سایت نیستند.آزمایشگاه بوهلر در شبیه‌سازی اتم به اتم مولکول‌های زیستی و رفتار آن‌ها تخصص دارد. به محض اینکه COVID19 ظاهر شد و اطلاعاتی در مورد ترکیب پروتئین ویروس در دسترس قرار گرفت، بوهلر و هو، دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک، وارد عمل شدند تا ببینند آیا خواص مکانیکی پروتئین‌ها در تعامل آن‌ها با بدن انسان نقش دارند یا خیر.مشاهده تجربی ارتعاشات ریز مقیاس نانو و تغییرات شکل این مولکول‌های پروتئینی بسیار دشوار است، بنابراین شبیه‌سازی‌های اتمی برای درک آنچه که در حال رخ دادن است، مفید هستند. محققان از این تکنیک برای بررسی یک مرحله مهم در عفونت استفاده کردند، زمانی که یک ذره ویروس با ذرات پروتئینی خود به گیرنده سلول انسانی به نام گیرنده ACE2 متصل می‌شود. وقتی این اسپایک‌ها به گیرنده متصل می‌شوند، کانالی را باز می‌کنند که اجازه می‌دهد ویروس به سلول نفوذ کند.به گفته بوهلر، این مکانیزم اتصال بین پروتیین‌ها و گیرنده‌ها چیزی مانند قفل و کلید عمل می‌کند، و به همین دلیل است که نوسانات مهم هستند. او می‌گوید: « اگر ثابت باشد، یا مناسب است یا مناسب نیست.» اما اسپایکپروتئینی ایستا نیستند؛ آن‌ها در حال ارتعاش هستند و به طور مداوم شکل خود را کمی تغییر می‌دهند و این مهم است. کلیدها ایستا هستند، شکل خود را تغییر نمی‌دهند، اما اگر کلیدی داشته باشید که به طور مداوم شکل خود را تغییر می‌دهد-در حال ارتعاش است، در حال حرکت است، کمی تغییر شکل می‌دهد؟ آن‌ها بسته به نحوه نگاه آن‌ها در لحظه‌ای که ما کلید را در قفل قرار می‌دهیم، جور دیگری خواهند شد.محققان استدلال می‌کنند که هر چه «کلید» بیشتر تغییر کند، احتمال یافتن تناسب بیشتر است.بوهلر و هو ویژگی‌های ارتعاشی این مولکول‌های پروتئینی و تعاملات آن‌ها را با استفاده از ابزارهای تحلیلی مانند «تحلیل حالت نرمال» مدلسازی کردند. این روش برای مطالعه نحوه گسترش و انتشار ارتعاشات، با مدل‌سازی اتم‌ها به عنوان جرم نقطه‌ای متصل به یکدیگر توسط فنرها که نیروهای مختلفی که بین آن‌ها عمل می‌کنند را نشان می‌دهد، استفاده می‌شود.آن‌ها دریافتند که تفاوت در ویژگی‌های ارتعاشی به شدت با نرخ‌های مختلف عفونت‌زایی و مرگ و میر انواع مختلف کوروناویروس‌ها، برگرفته از یک پایگاه‌داده جهانی از موارد تایید شده و نرخ مرگ و میر مورد، مرتبط است. ویروس‌های مورد مطالعه شامل SARS-CoV، Mers-CoV، SATS-CoV-۲ و یکی از جهش‌های شناخته‌شده ویروس SARS-CoV-۲ بودند که به طور فزاینده‌ای در سراسر جهان شایع شده‌است. بوهلر می‌گوید این روش را به یک ابزار امیدوارکننده برای پیش‌بینی خطرات بالقوه ناشی از کروناویروس‌های جدید تبدیل می‌کند که به احتمال زیاد پدیدار خواهند شد.هو می‌گوید در تمام مواردی که آن‌ها مطالعه کرده‌اند، بخش مهم این فرآیند نوسانات در نوسان رو به بالا یک انشعاب از مولکول پروتیین است که به آن کمک می‌کند تا به گیرنده متصل شود. او می‌گوید: « این جنبش از اهمیت کاربردی قابل‌توجهی برخوردار است.» شاخص کلیدی دیگر مربوط به نسبت بین دو حرکت ارتعاشی مختلف در مولکول است. او می‌گوید: «ما متوجه شدیم که این دو عامل ارتباط مستقیمی با داده‌های اپیدمیولوژی، عفونت ویروس و همچنین مرگ و میر ویروس دارند.»هو می‌گوید، همبستگی‌هایی که آن‌ها به این معنی یافتند که وقتی ویروس‌های جدید یا جهش‌های جدید ویروس‌های موجود ظاهر شوند، « شما می‌توانید آن‌ها را از یک جنبه کاملا مکانیکی پاک کنید.» « شما فقط می‌توانید به نوسانات این پروتئین‌های جهنده نگاه کنید و ببینید که آن‌ها چگونه ممکن است در جنبه‌های همه‌گیر شناسی عمل کنند، مانند این که بیماری چقدر عفونی و چقدر جدی خواهد بود.»بوهلر می‌گوید، این یافته‌ها به طور بالقوه می‌تواند راه جدیدی برای تحقیق در مورد درمان‌های ممکن برای COVID19 و دیگر بیماری‌های کروناویروسی فراهم کند، با این تصور که ممکن است پیدا کردن یک مولکول ممکن باشد که به اسپایک پروتئین‌ها متصل شود به طوری که آن‌ها را سفت کند و ارتعاشات آن‌ها را محدود کند. روش دیگر ممکن است تحریک ارتعاشات مخالف برای حذف ارتعاشات طبیعی در اسپایک‌ها، به طور مشابه با روشی باشد که هدفون های ضد صدا مانع از صداهای ناخواسته می‌شوند.بوهلر می‌گوید از آنجا که زیست شناسان بیشتر در مورد انواع مختلف جهش‌های رخ داده در کوروناویروس‌ها یاد می‌گیرند و مشخص می‌کنند که کدام نواحی از ژنوم بیشتر در معرض تغییر قرار دارند، این روش می‌تواند به طور قابل‌پیش‌بینی نیز مورد استفاده قرار گیرد. محتمل‌ترین انواع جهش ممکن است شبیه‌سازی شود، و آن‌هایی که خطرناک‌ترین پتانسیل را دارند می‌توانند علامت‌گذاری شوند تا جهان برای مشاهده هر نشانه‌ای از ظهور واقعی آن سویه‌های خاص آگاه شود. بوهلر اضافه می‌کند: « برای مثال، جهش G614 که در حال حاضر بر شیوع COVID19 در سراسر جهان تسلط دارد، پیش‌بینی می‌شود که با توجه به یافته‌های ما کمی عفونی تر و کمی کم‌تر کشنده باشد.»استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید، که با این تحقیق در ارتباط نبود، Mihri Ozkan می‌گوید که این تحلیل به ارتباط مستقیم بین ویژگی‌های نانومکانیکی و میزان مرگ و میر و عفونت کرونا ویروس اشاره می‌کند. من معتقدم که کار او به طور چشمگیری زمینه را برای یافتن بینش‌هایی درباره مکانیک بیماری‌ها و عفونت‌ها پیش می‌برد.ازکان اضافه می‌کند که « اگر تحت شرایط محیطی طبیعی، نسبت‌های انعطاف‌پذیری و تحرک کلی پیش‌بینی‌شده در این کار اتفاق بیافتد، شناسایی یک بازدارنده موثر که بتواند اسپایک پروتئین را برای جلوگیری از اتصال قفل کند، می‌تواند یک جام مقدس برای جلوگیری از عفونت‌های SARS-CoV-۲ باشد، که همه ما اکنون به شدت به آن نیاز داریم.»ترجمه این مقاله با استفاده از ربات ترجمه آنلاین مقالات پزشکی انجام شده و بصورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است. در نتیجه ممکن است دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.