ومن أكبر بروتينات الفيروس، والتي تمكن الباحثون من فك شفرتها بطريقة جديدة وفريدة من نوعها، هو بروتين يسمى Nsp2، المعروف باسم "الممانع" لفك شفرته الهيكلية. الدكتورة دينا شنايدمان: "لدينا الآن تقنية وبروتوكول تجريبي لدراسة ليس فقط بروتينات الفيروس نفسها، ولكن أيضًا شركائها داخل الخلية البشرية". البروفيسور ميشال لينيل: "علاوة على ذلك، سيكون من الضروري كسر الفيروس بأكمله في السياق الخلوي لمحاكاة جميع بروتينات الفيروس والتفاعلات بينها"
يونيو الماضي قال وقال المدير العام السابق لوزارة الصحة موشيه بار سيمان طوف، في حفل تخرجه، "لقد تعلمنا الكثير عن فيروس كورونا، لكننا مازلنا لا نعرف أي شيء". تواجه الطبيعة البشرية صعوبة في التصالح مع عدم القدرة على فهم الفيروس". ومنذ ذلك الحين وحتى اليوم، أي بعد مرور نحو نصف عام على تلك الأمور، لا يزال العلماء والباحثون والأطباء لا يملكون الصورة الكاملة عن كيفية عمل الآلية الداخلية لفيروس كورونا وكيفية تأثيره على الخلايا السليمة، من الداخل - أي، ما هو دور كل بروتين في الفيروس، وكيف يتم تنظيم الهياكل البروتينية التي تتكون وكيف تتواصل مع بعضها البعض، وما هي البروتينات التي تعتني بالتكاثر السريع للفيروس في خلايا جسم الإنسان، وبالطبع كم عدد طفرات الفيروس التي تتطور في مثل هذا الوقت القصير.
يعرف الباحثون الآن أن فيروس كورونا المستجد (COVID-19) ينتج (على الأقل) 29 بروتينًا في الخلية المهاجمة يستخدمها "لاختطاف" الآليات الخلوية لأغراض التكاثر. كما هو الحال في الفيروسات الأخرى، تتصل البروتينات ببعضها البعض وتشكل مجمعات - هياكل معقدة. هناك بروتينات في الفيروس لها بنية كاملة، بعضها ذو بنية جزئية وبعضها بدون بنية. وحاولت العديد من المختبرات، خلال العام الماضي، فك وفهم التركيب الذري لكل من هذه البروتينات على حدة، من أجل فهم النشاط الكامل للفيروس. يعد فهم التركيب الذري ضروريًا في معظم الحالات لتصميم الأدوية والاستراتيجيات الأخرى لمحاربة الفيروس.
Nsp2 - البروتين المتمرد
وُجد أن أحد أكبر بروتينات الفيروس، وهو بروتين يسمى Nsp2، "متمرد" على فك التشفير الهيكلي.. كان هذا مفاجئًا بشكل خاص لأنه بروتين له خصائص "طبيعية" على السطح (بروتين غير غشائي قابل للذوبان، ذو بنية مستمرة)، على غرار آلاف البروتينات الأخرى التي يتم فك شفرتها بانتظام عن طريق علم البلورات أو المجهر الإلكتروني المتجمد. بالإضافة إلى ذلك، لا يُعرف أي شيء تقريبًا عن دوره في تكاثر الفيروس. وأثار البروتين فضول عدد من الباحثات من الجامعة العبرية، من بينهن باحثة فيروس كورونا من معهد علوم الحياة البروفيسور ميخال لينيل، ود. دينا شنايدمان من قسم الكيمياء البيولوجية وكلية علوم الحاسوب، و حتى الدكتور نير كليسمان من معهد علوم الحياة.
بعد ذلك، تقرر تشكيل فريق موسع (12 باحثة، 2 باحثين) من الجامعة العبرية في القدس وكلية هداسا، والذي سيحاول أن يؤدي إلى حل اللغز المحيط ببروتين Nsp2، والبروتينات الأخرى في الجسم. الفيروس. تم تقسيم الفريق إلى مجموعات فرعية بحثية قامت بإجراءات مختلفة، بدءًا من زراعة الخلايا التي تنتج البروتينات، وإجراء التحليل الطيفي الشامل إلى حساب النماذج الهيكلية لبروتينات الإكليل. الدراسة الجديدة التي أجراها الباحثون تم نشره في هذا الوقت على موقع bioRxiv.org، تستخدم لنشر المقالات العلمية قبل أن تتم مراجعتها من قبل النظراء. وهو مصمم في المقام الأول لفهم ما يفعله الفيروس داخل الخلية المصابة من خلال فحص بنية العديد من بروتينات الفيروس في الخلايا البشرية، بما في ذلك بروتين Nsp2 وNsp1 وبروتين Nucleocapsid (المعروف باسم N باختصار).
وافترض الباحثون أن Nsp2 غير مستقر خارج الخلية التي يتم التعبير عنها، وفي مثل هذه الحالة ستفشل الطرق المعتادة لتحديد بنيته، لأنها تعتمد جميعها على إخراج البروتين من الخلية وتنقيته بالكيمياء الحيوية. وسائل. لقد تحايلوا على هذا القيد باستخدام طريقة داخل الخلايا لدراسة البنية. تم إدخال مركب كيميائي إلى الخلية الحية والذي يربط بشكل لا رجعة فيه موقعين في البروتين ببعضهما البعض (الربط الكيميائي المتبادل)، فقط إذا كانا قريبين فيزيائيًا في البنية ثلاثية الأبعاد. فقط بعد انتهاء التفاعل الكيميائي، قام الباحثون بتكسير الخلية وعزل بروتين Nsp2 منها. وبمساعدة جهاز يعرف باسم مطياف الكتلة، كان من الممكن تحديد مناطق البروتين التي كانت قريبة من بعضها البعض واجتازت خطوة الارتباط الكيميائي. تم تحديد أكثر من 40 نقطة تقارب في البروتين المدروس الذي شهد ذلك تحتوي سلسلة البروتين الطويلة في Nsp2 على بنية معقدة ومعقدة بشكل خاص.
ساعد برنامج DEEP MIND من Google في فك التشفير
وبسبب التسلسل الطويل والبنية المعقدة لـ Nsp2، فإن "القرائن" الأربعين حول بنيته لم تكن كافية لفك رموز البنية الذرية وفهمها بشكل كامل، لذلك اضطر الباحثون إلى استخدام مصادر إضافية. وفي توقيت مثالي، قامت إحدى الشركات التابعة لشركة Google DeepMind هذا العام بتطوير برنامج ثوري وناجح للتنبؤ ببنية البروتينات، يسمى AlphaFold2. ومن حسن الحظ أن أحد البروتينات الصعبة، والذي حاول البرنامج العثور على بنيته مؤخرًا، هو Nsp2. لم يكن البرنامج قادرًا على التنبؤ بالبنية الكاملة، ولكنه قام بتحميل العديد من الهياكل الأساسية إلى الشبكة لمناطق أضيق من تسلسل Nsp2. وكان هذا كافيا لملء المعلومات المفقودة للباحثين. إن الجمع بين الهياكل الأساسية من AlphaFold2 مع أدلة القرب من طريقة الارتباط الكيميائي المتقاطع جعل من الممكن إنتاج البنية الذرية الكاملة.
أظهر فحص الهيكل الجديد أنه يحتوي على ثلاثة مواقع ربط للزنك. ويعتبر الزنك أيوناً أساسياً لتشغيل آلة نسخ الشفرة الوراثية للفيروس. ومن المعروف أن الفيروس يخلق داخل الخلية المهاجمة نوعا من المجمعات المعزولة التي تعمل فيها آلات النسخ بشكل منفصل عن بقية الخلية. كما أظهر العمل السابق أن Nsp2 يتم نقله إلى مناطق النسخ المعزولة هذه. لذلك، افترض الباحثون أن إحدى وظائف Nsp2 هي ضمان إمداد الزنك في مناطق التكرار المعزولة. وأوضح الباحثون: "يبدو أن البروتين يزود الزنك بالعضية الفريدة في سيتوبلازم الخلية، حيث يتكاثر الفيروس داخل الخلية".
توفر بنية البروتين المدروس وجهة نظر أخرى ومثيرة للاهتمام حول التطور التطوري المتسارع للفيروس الحالي. وفي فيروسات كورونا المعروفة للإنسان، مثل تلك التي تسبب نزلات البرد كل شتاء، لا يوجد سوى موقع ربط واحد للزنك. في المقابل، في الفصيلة الفرعية الحالية من الفيروسات (التي تسببت في وباء السارس عام 2002 في آسيا، والمسؤولة عن الوباء الحالي)، تم اكتشاف ثلاثة مواقع ربط في الدراسة، وهناك تلميحات هيكلية إلى أن موقع ربط رابع قيد التطوير والتشكل في فيروس SARS-COV-2.
واستخدم الباحثون نفس الطريقة لدراسة بروتينين آخرين في فيروس كورونا - بروتين تغليف المادة الوراثية (بروتين Nucleocapsid أو ببساطة N)، وبروتين يسمى Nsp1 وهو أحد البروتينات الرئيسية للفيروس في التهرب من جهاز المناعة. بعد العدوى. يوضح الدكتور كليسمان، الذي لعب دورًا رئيسيًا في البحث، أنه "حتى في هاتين الحالتين، اكتشفنا أن أنواعًا من الهياكل تتشكل داخل الخلية والتي لم يكن من الممكن حتى الآن فحصها بشكل شامل باستخدام طرق خارج الخلية. تخلق الخلية بيئة معقدة للغاية، ومن الصعب جدًا علينا إعادة إنتاجها في المختبر"؛ ويخلص الدكتور شنيدمان إلى أن "الطريقة التي استخدمناها تبدو واعدة للغاية ومناسبة لفحص العديد من البروتينات. في حين أن الفيروس يمكن أن يتدبر أمره بدون Nsp2، فإن Nsp1 هو بروتين أساسي في فيروس كورونا وبمساعدته يتمكن من خداع جهاز المناعة. والآن لدينا التكنولوجيا والبروتوكول التجريبي لمواصلة دراسة ليس فقط بروتينات الفيروس نفسها، ولكن بشكل أساسي شركائها داخل الخلية البشرية. الطريق لا يزال طويلًا ومتعرجًا للغاية، لكنه بدأ بأخبار جيدة"؛ ويوضح البروفيسور لينيل أن "هذه مجرد البداية. وفي المستقبل، سيكون من الضروري دراسة الفيروس بأكمله في السياق الخلوي لمحاكاة جميع بروتينات الفيروس والتفاعلات بينها".
