فناوری جدیدی برای آشکارسازی اتصال پروتئین‌های کروناویروس به پروتئین‌های انسانی

به گزارش کرنل کرونیکل، شاید یک فناوری محاسباتی به پژوهشگران امکان بدهد تا مکان‌های روی سطوح پروتئین‌های ویروسی انسان و پروتئین‌های کووید-۱۹ را که به یکدیگر متصل می‌شوند، دقیقا پیش‌بینی کنند. این پیشرفتی است که برای درک ما در مورد کروناویروس و توسعه داروهایی که محل اتصال آن را مسدود می‌کنند، بسیار سودمند خواهد بود.

پژوهشگران آمریکایی، یک سرور وب تعاملی ارائه کرده‌اند که همه ساختارهای پروتئینی را نمایش می‌دهد؛ به طوری که ویروس‌شناسان و پزشکان بدون نیاز به مهارت محاسباتی می‌توانند از مدل‌های پروتئین استفاده کنند تا ببینند که آیا داروهای موجود یا داروهای در حال توسعه، متناسب با نواحی اتصال هستند یا خیر.

پژوهشگران در این پروژه، فناوری خود را به کار بردند تا نحوه جدایی ساختاری "کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲"(SARS-COV-2) از "کروناویروس سندرم حاد تنفسی"(SARS-COV-1) عامل شیوع بیماری "سارس"(SARS) در سال‌های ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۴، نحوه کمک کردن تنوع ژنتیکی پروتئین‌ها در جمعیت‌های انسانی برای اتصال ویروس به انسان و بروز عفونت و همچنین، این که کدام داروهای موجود، نویدبخش اتصال به اهداف مورد نظر روی سطوح پروتئین‌های انسانی هستند را پیش‌بینی کنند.

"هایوان یو"(Haiyuan Yu)، استاد بخش آمار بیولوژیکی و زیست‌شناسی محاسباتی "دانشگاه کرنل"(Cornell University) آمریکا و "موسسه زیست‌شناسی سلولی و مولکولی ویل"(Weill Institute for Cell and Molecular Biology) گفت: فناوری محاسباتی ما به شما امکان می‌دهد تا با وضوح بی‌سابقه‌ای ببینید که پروتئین‌های ویروس به پروتئین‌های انسانی متصل می‌شوند. بدین ترتیب، ما می‌توانیم بفهمیم که چه بخشی از پروتئین‌ها برای این فعل و انفعالات، مهم هستند.

پژوهشی‌ که پیشتر توسط دانشمندان دیگری انجام شده بود، تعامل میان پروتئین‌های انسانی و پروتئین‌های کووید-۱۹ را به منظور استفاده مجدد از داروهای انسانی برای جلوگیری از اتصال ویروس توصیف کرد اما رابط‌های اتصال در مقایسه با سطح کلی پروتئین، کوچک هستند و پژوهش‌های پیشین، وضوح دقیق را برای درک دقیق محل اتصال داروها ندارند.

یو ادامه داد: این فناوری که ما برای پیش‌بینی تعاملات میان پروتئین‌ها توسعه داده‌ایم، دقیق‌ترین نمونه است و می‌توان از آن برای ارائه آگاهانه‌ترین پیش‌بینی‌ها در مورد هرگونه تعامل استفاده کرد.

بیماری همه‌گیر کووید-۱۹، به افزایش پژوهش در سرتاسر جهان برای درک ساختار کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ منجر شد و دانشمندان از فناوری‌های پیشرفته تصویربرداری برای کشف پروتئین‌هایی استفاده کردند که ویروس را عفونی می‌کنند. یو و همکارانش توانستند ساختارهای پیش‌بینی‌شده خود را با استفاده از فناوری‌های تصویربرداری تأیید کنند.

همچنین، این ابزار به پژوهشگران امکان می‌دهد تا پیش‌بینی کنند که تغییرات ژنتیکی در پروتئین‌های انسانی چگونه بر فعل و انفعالات پروتئین‌های ویروسی تأثیر می‌گذارد. دو شخص متفاوت با سلامت و سن مشابه می‌توانند واکنش‌های متفاوتی در برابر ابتلا به کووید-۱۹ داشته باشند. برخی از بیماران، بدون علامت هستند و برخی دیگر، واکنش‌های منفی چشمگیری را نشان می‌دهند.

یو گفت: ما با استفاده از مدل‌های ساختاری می‌توانیم پیش‌بینی کنیم که جهش‌ پروتئین‌ها در افراد چگونه بر فعل و انفعالات ویروس تأثیر می‌گذارند.

شاید نتایج این پژوهش روزی بتوانند نشان دهند که آیا برخی از افراد ممکن است به دلایل ژنتیکی، در معرض خطر بالاتر باشند یا خیر. این بررسی می‌تواند آنها را برای نظارت، واکسن و درمان در اولویت قرار دهد.

این فناوری نه تنها به پزشکان کمک می‌کند تا داروهایی را تولید کنند که دقیقا محل اتصال پروتئین انسانی را هدف قرار می‌دهند، بلکه می‌تواند اثرات سمی یا منفی را که ممکن است هنگام اتصال داروها به مکان‌های اشتباه پیش بیایند، کاهش دهد.

سایر پژوهشگران این پروژه، "گری ویتاکر"(Gary Whittaker)، استاد ویروس‌شناسی و دکتر "استیون لیپکین"(Steven Lipkin)، متخصص ژنتیک در "کالج پزشکی وایل کرنل"(Weill Cornell Medicine) هستند.

این پژوهش، با بودجه "موسسه ملی سلامت آمریکا"(NIH)، "بنیاد ملی علوم آمریکا"(NSF)، "بنیاد پژوهش اوتیسم سیمونز"(SFARI) و "بانک زیستی کووید-۱۹ ویلیام استرانگ"(William Strong COVID-19 Biobank) انجام شده است.

این پژوهش، در مجله "Nature Methods" به چاپ رسید.