بیگ بنگ: یک روش جدید در مقیاس تک‌مولکولی، مراحل گذرا و کوتاه‌عمر شکل‌گیری پوسته ویروس را آشکار کرده است؛ مراحلی که پیش از این از دید دانشمندان پنهان بودند.
به گزارش بیگ بنگ، پژوهشگران دانشگاه آکسفورد توانسته‌اند یک ذره شبیه ویروس را مرحله‌به‌مرحله و در حین ساخته‌شدن مشاهده کنند و نشان دهند که اجزای پروتئینی چگونه از میان تعداد بسیار زیادی آرایش احتمالی عبور می‌کنند تا در نهایت یک پوسته پایدار بسازند.
این مطالعه نشان می‌دهد که فرایند ساخت این ذرات ابتدا بر پایه برهم‌کنش‌های ضعیف و برگشت‌پذیر انجام می‌شود و سپس تعداد محدودی ساختار پایدار شکل می‌گیرد که رشد بیشتر ذره را هدایت می‌کنند.
فرایند ساخت پوسته ویروس چگونه انجام می‌شود؟
ویروس‌ها ماده ژنتیکی خود را درون پوسته‌هایی پروتئینی به نام کپسید(Capsid) محافظت می‌کنند. این ساختارها ممکن است از صدها یا حتی هزاران جزء تشکیل شده باشند؛ با این حال، بسیاری از آن‌ها می‌توانند به‌صورت خودبه‌خودی و بدون وجود یک ماشین مولکولی که فرایند را هدایت کند، کنار یکدیگر قرار بگیرند و ساخته شوند.
تیم آکسفورد دریافت که اجزای پروتئینی در ابتدا پیوندهایی ضعیف با یکدیگر برقرار می‌کنند. اگر آرایش ایجادشده اشتباه باشد، این اجزا می‌توانند از هم جدا شوند و دوباره تلاش کنند. اما برخی آرایش‌های بسته و کامل، پایداری بسیار بیشتری پیدا می‌کنند و مانند نقاط کنترل مولکولی عمل می‌کنند. یکی از مراحل مهم زمانی اتفاق می‌افتد که پنج واحد پروتئینی بزرگ‌تر، یک حلقه پنج‌ضلعی بسته تشکیل می‌دهند.
پس از شکل‌گیری این ساختار، برای رسیدن به هر مرحله پایدار بعدی، به اجزای کمتری نیاز است و در نتیجه سرعت مونتاژ افزایش پیدا می‌کند.
دکتر “روی آسور” نویسنده همکار اصلی این پژوهش از دپارتمان شیمی و مؤسسه Kavli برای کشف نانوعلم در دانشگاه آکسفورد، می‌گوید: «یک ویروس باید یک مسئله ساخت‌وساز فوق‌العاده دشوار را حل کند. اجزای آن باید somehow آرایش درست را در میان تعداد بسیار زیادی از حالت‌های ممکن پیدا کنند، بدون اینکه نقشه یا دستگاهی وجود داشته باشد که این فرایند را هدایت کند. اکنون می‌توانیم ببینیم که در سطح تک‌مولکولی چه اتفاقی رخ می‌دهد و قوانین فیزیکی‌ای را مشاهده کنیم که این فرایند را ممکن می‌کنند.»
مشاهده رشد ذرات در زمان واقعی
برای مشاهده مستقیم این فرایند، پژوهشگران یک ذره مهندسی‌شده شبیه ویروس را بررسی کردند که از ۶۰ واحد پروتئینی تشکیل شده بود. آن‌ها روش فوتومتری جرمی (Mass Photometry) را با روشی ترکیب کردند که مولکول‌ها را در محدوده‌ای مشخص محصور می‌کند تا بتوان آن‌ها را به‌طور مداوم زیر نظر گرفت.
فوتومتری جرمی به دانشمندان اجازه می‌دهد جرم مولکول‌های منفرد را بر اساس مقدار نوری که پراکنده می‌کنند اندازه‌گیری کنند. این ترکیب به پژوهشگران اجازه داد بارها و بارها همان ذره واحد را اندازه‌گیری کنند و ببینند که با اضافه‌شدن یا جداشدن پروتئین‌ها، جرم آن چگونه تغییر می‌کند.
“دن لوونتال” دانشجوی دکتری و یکی از نویسندگان اول مقاله، می‌گوید: «این روش به ما اجازه می‌دهد فرایند مونتاژ را مستقیماً بررسی کنیم؛ در واقع، ما فقط یک ویدئو می‌گیریم!»
“پروفسور فیلیپ کوکورا” نویسنده همکار اصلی پژوهش از دانشگاه آکسفورد، می‌گوید: «تا امروز، بخش زیادی از درک ما از نحوه شکل‌گیری این ساختارها مجبور بود از روی تصاویر لحظه‌ای یا مدل‌های نظری بازسازی شود. اما اکنون که می‌توانیم هم برهم‌کنش‌های زیربنایی را اندازه‌گیری کنیم و هم رشد یک ذره را به‌صورت پیوسته دنبال کنیم، شرایط کاملاً تغییر کرده است.»
وی افزود: «ما می‌توانیم ساختارهای میانی مهم را در لحظه‌ای که شکل می‌گیرند ببینیم و از روی آن‌ها یک مدل دقیق از فرایند ساخت این ذره به دست آوریم.»
چرا این کشف مهم است؟
این یافته‌ها کمک می‌کنند توضیح دهیم که چرا فرایند مونتاژ ویروس‌ها، با وجود تعداد بسیار زیاد آرایش‌های مولکولی احتمالی، می‌تواند تا این اندازه قابل‌اعتماد و دقیق باشد. دکتر آسور توضیح می‌دهد: «برهم‌کنش‌های ضعیف به این سامانه اجازه می‌دهند اشتباه کند. بیشتر برخوردها لزوماً نباید موفق باشند؛ اجزا می‌توانند از هم جدا شوند و دوباره تلاش کنند.»
اما هنگامی که تعداد کافی از آن‌ها در یک آرایش بسته و درست کنار یکدیگر قرار بگیرند، ساختار ایجادشده پایدار می‌شود و فرایند مونتاژ می‌تواند به مرحله بعد برود. به گفته او، همین ترکیبِ آزمون‌وخطا و سپس تثبیت ساختارهای موفق است که باعث می‌شود این فرایند در نهایت بسیار قابل‌اعتماد باشد.
کاربردهای احتمالی در آینده
درک دقیق این مراحل می‌تواند در آینده به پژوهشگران کمک کند تا داروهای ضدویروسی جدیدی طراحی کنند که فرایند مونتاژ ویروس را مختل می‌کنند. همچنین این دانش می‌تواند برای بهبود طراحی واکسن‌ها مورد استفاده قرار گیرد.
“دکتر جک تَن” یکی از نویسندگان مقاله از مؤسسه پزشکی مولکولی MRC Weatherall و مؤسسه CAMS-Oxford، می‌گوید: «توانایی درک این فرایندها در سطح مولکولی می‌تواند کاربردهای مهمی در توسعه واکسن‌ها و طراحی داروهای ضدویروسی داشته باشد؛ داروهایی که فرایند مونتاژ ویروس را مختل می‌کنند.»
فراتر از ویروس‌ها، همین روش می‌تواند برای مطالعه انواع دیگری از خودآرایی زیستی نیز مورد استفاده قرار گیرد؛ از جمله نحوه شکل‌گیری کمپلکس‌های پروتئینی و ساختارهای مختلف درون سلول. به این ترتیب، دانشمندان اکنون نه‌تنها می‌توانند محصول نهایی یک ساختار زیستی را ببینند، بلکه می‌توانند فرایند ساخته‌شدن آن را، مولکول‌به‌مولکول و لحظه‌به‌لحظه، مشاهده کنند. جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Nature منتشر شده است.
سایت علمی بیگ بنگ / منبع: scitechdaily.com
لینک کوتاه نوشته : https://bigbangpage.com/?p=110078
