يقوم بيوتزمان بفك البنية المكانية ثلاثية الأبعاد للبروتين الذي يسمح للفيروسات القهقرية باختراق الخلية

آفي بيليزوفسكي

الرابط المباشر لهذه الصفحة: https://www.hayadan.org.il/taretro0405.html

تعد الفيروسات القهقرية من بين أكثر عوامل المرض خبثًا وقسوة، فهي مسؤولة، من بين أمور أخرى، عن مرض الإيدز وأنواع معينة من التهاب الكبد الفيروسي وسرطان الدم. يطلق اسم الفيروس الارتجاعي على الفيروس الذي يحمل حمولته الجينية في جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) وليس في الحمض النووي (DNA) مثل معظم الفيروسات الأخرى وجميع الحيوانات والبشر والنباتات على وجه الأرض. نظرًا لأن الفيروسات لا يمكنها التكاثر بمفردها، فإنها تخترق الخلايا الحية، وتجمع المادة الوراثية الفيروسية مع المادة الوراثية للخلية، وبالتالي، في الواقع، تسيطر على الخلية وتستعبدها لاحتياجاتها، بحيث تنتج الخلية المزيد والمزيد من الفيروسات في صورتهم ومثالهم. تسبب هذه العملية مرض الكائن الحي الذي استولت الفيروسات على خلاياه.

للسيطرة على الخلية، يجب على الفيروسات اختراقها. تقوم الفيروسات القهقرية بذلك باستخدام كتل بروتينية خاصة معروضة على غلاف الفيروس. تتسبب هذه البروتينات في اندماج غلاف الفيروس مع غشاء الخلية، مما يسمح للمادة الوراثية الفيروسية باختراق الخلية والاندماج في حمولتها الجينية. إن منع هذا الاندماج قد يمنع الفيروسات القهقرية من دخول الخلايا، مما يعني منع الأمراض التي تسببها. وقد تم اتخاذ خطوة مهمة في هذا الاتجاه مؤخرًا، عندما قام فريق من العلماء من معهد وايزمان للعلوم، بقيادة الدكتورة ديبورا فاس من قسم البيولوجيا الهيكلية، بالتعاون مع علماء من معهد ماكس بلانك للكيمياء الحيوية في ألمانيا، نجح في فك رموز البنية المكانية ثلاثية الأبعاد للبروتينات الفيروسية التي تمكن من الاندماج وقد نشرت هذه النتائج مؤخرا في المجلة العلمية "سجلات الأكاديمية الأمريكية للعلوم" PNAS.

لقد حاول العديد من العلماء، من مختلف أنحاء العالم، لفترة طويلة فك رموز البنية المكانية ثلاثية الأبعاد للبروتينات الفيروسية المشاركة في اختراق الفيروسات القهقرية إلى الخلايا. تعتمد الطريقة المقبولة لفك البنية المكانية ثلاثية الأبعاد للبروتين على تكوين بلورات من البروتين المدروس. يتم تشعيع هذه البلورات بالأشعة السينية ("الأشعة السينية"). يتم قياس الإشعاع العائد من البلورة، وتشير المعالجة الحاسوبية لبيانات القياس هذه إلى البنية المكانية ثلاثية الأبعاد لجزيئات البروتين التي تشكل البلورة. بمعنى آخر، الخطوة الأولى في الطريق المقبول
لاكتشاف بنية جزيء البروتين هو إنشاء بلورات من هذا البروتين. لكن لسوء الحظ، فإن بروتينات غلاف الفيروسات القهقرية لا تميل إلى التبلور: ففي كثير من الحالات، بمجرد فصلها عن غلاف الفيروس، فإنها تتفكك. لقد حدث أن العديد من المحاولات لإنشاء بلورات منها لم تسر على ما يرام.

تمكنت الدكتورة ديبورا فاس في الماضي من تحديد بنية أجزاء مختلفة من بروتينات الغلاف الفيروسي، لكنها تهدف في بحثها الحالي إلى فهم كيفية عمل النظام المعقد بأكمله معًا. ولتحقيق هذا الهدف، اتصل الدكتور فاس وطالب البحث ناتان زوبرمان بعلماء من قسم البيولوجيا الهيكلية في معهد ماكس بلانك في مارتينسريد (بالقرب من ميونيخ) بألمانيا. لقد بحثوا معًا عن طريقة بديلة، "طريقة لتجاوز التكوين"، لفك بنية البروتين. واستخدموا المجهر الإلكتروني، وهي أداة تستخدم عادةً للنظر إلى الهياكل الأكبر مثل المقاطع العرضية للخلايا. إن مراقبة نظام بروتين الغلاف للفيروسات القهقرية، وهو وحدة أصغر بكثير من الخلية الحية، قد تجاوزت حدود هذه التكنولوجيا. هذه طريقة تسمى التصوير المقطعي الإلكتروني بالتبريد، والتي تتضمن تجميد فيروسات كاملة (الفيروسات القهقرية) في الإيثان السائل. يتم تصوير الفيروسات المجمدة باستخدام المجهر الإلكتروني بزوايا مختلفة، ومن ثم، باستخدام نظام محوسب، يتم تجميع البنية المكانية ثلاثية الأبعاد لجزيئات البروتين من الصور المختلفة.

تتميز البنية التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة بدقة أقل من تلك التي يمكن الحصول عليها بالطريقة التقليدية لتكوين البروتينات وتشعيع البلورات بالأشعة السينية، ولكن هذه الدقة توفر أيضًا معلومات قيمة ومفصلة ودقيقة حول البروتينات التي يتم تصنيعها. درسوا - في بيئتهم الطبيعية. يقول الدكتور فاس: "بعد سنوات من الجهود والمحاولات، فجأة ظهر الهيكل الحقيقي أمام أعيننا". "صحيح أن أجزاء مختلفة وبعض الجوانب كانت مألوفة لنا من الماضي، ولكن كانت هناك أيضًا أجزاء أخرى، غير متوقعة على الإطلاق." وبرز بشكل خاص الفرق الكبير بين أنظمة الفيروسات القهقرية والهياكل الموازية للفيروسات الأخرى، مثل فيروس الأنفلونزا. في الواقع، اتضح أن البنية البروتينية للفيروس القهقري تتغير إلى حد كبير وكبير في شكله وترتيب مكوناته، في عملية الاتصال بالخلية مما يؤدي إلى اندماج غلاف الفيروس مع غشاء الخلية .

تمكنت الدكتورة فاس من رؤية كيف يتكامل مكون البروتين الذي يعد جزءًا من البنية الفيروسية، والتي قامت بفك شفرتها المكانية ثلاثية الأبعاد سابقًا، من خلال التكوين، في النظام الفيروسي الكامل. يشبه الفيروس القهقري الذي تمت دراسته في هذه الدراسات ذلك الذي يسبب سرطان الدم لدى البشر. ويخطط العلماء الآن لسلسلة جديدة من التجارب بهدف فهم التغييرات التي تحدث في تكوين النظام البروتيني في غلاف الفيروس، وتطوير طرق وأساليب لوقف حدوث ذلك. وسيكون نجاح هذه المهمة بمثابة بداية تطوير طرق وأساليب للحد من الأمراض المختلفة التي تسببها الفيروسات القهقرية والوقاية منها، مثل أنواع معينة من سرطان الدم والتهاب الكبد الفيروسي والإيدز وغيرها.

تعرف البكتيريا والفيروسات
عالم الإيدز
يدان حصار

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~135861344~~~244&SiteName=hayadan