نیوزویز – ویروس کرونا از «میخچه‌های» پروتئین برای گرفتن و آلوده کردن سلول‌ها استفاده می‌کند. این سنبله ها علیرغم نامشان سخت و نوک تیز نیستند. شکل آنها شبیه پاهای مرغ است که قسمت گوشتی آن رو به بیرون است و قسمت گوشتی را می توان به هر جهت روی ساقه نازک آن کج کرد. به نظر می رسد که این توانایی کج شدن، بر میزان موفقیت آمیز بودن سنبله یک سلول را تحت تأثیر قرار می دهد.
اکنون، محققان آزمایشگاه ملی شتابدهنده SLAC وزارت انرژی و دانشگاه استنفورد، به همراه همکارانی از سه دانشگاه دیگر، تصاویری با وضوح بالا از میخ‌های ویروسی دست نخورده بر روی سطوح ذرات ویروس به دست آورده‌اند. لولای کوچکی را شناسایی کرد که توسط مولکول های قند احاطه شده بود که به “تاج” کروی سنبله اجازه می دهد تا روی ساقه آن خم شود. و اندازه گیری کنید که چقدر می تواند در هر جهت متمایل شود.
اگرچه این تحقیق بر روی پسر عموی بسیار کم‌خطر SARS-CoV-2، ویروس کرونا که باعث COVID-19 می‌شود، انجام شد، اما پیامدهایی برای COVID-19 نیز دارد زیرا هر دو ویروس برای شروع عفونت به یک گیرنده سطحی سلول متصل می‌شوند. جینگ جین، زیست شناس در موسسه تحقیقاتی ویتالانت و استادیار دانشگاه کالیفرنیا، سانفرانسیسکو، که آزمایش های ویروس شناسی را برای این مطالعه انجام داد، گفت.
او گفت که نتایج نشان می دهد که غیرفعال کردن لولاهای سنبله می تواند راه خوبی برای پیشگیری یا درمان طیف گسترده ای از عفونت های ویروس کرونا باشد.
این تیم همچنین دریافت که هر ذره کروناویروس منحصر به فرد است، هم از نظر شکل اولیه و هم از نظر نحوه نمایش میخ‌ها. برخی کروی هستند، برخی نه. برخی از آنها پر از خوشه هستند، در حالی که برخی دیگر تقریباً طاس هستند.
گرگ پینتیلی، دانشمند دانشگاه استنفورد که مدل‌های سه‌بعدی دقیقی از ویروس و میخ‌های آن ایجاد کرده است، می‌گوید: «میخ‌ها فلاپی هستند و به اطراف حرکت می‌کنند، و ما از ترکیبی از ابزارها برای بررسی تمام زوایای و جهت‌گیری‌های ممکن آنها استفاده کردیم. او گفت که از نزدیک، هر سنبله با بقیه متفاوت است، عمدتاً در جهت و درجه شیب.
تیم تحقیقاتی یافته های خود را در ارتباطات طبیعت.
واه چیو، پروفسور SLAC و استنفورد و یکی از مدیران دانشگاه می گوید: «از آغاز همه گیری، بیشتر مطالعات ساختار پروتئین های اسپایک کرونا را که به خود ویروس متصل نبوده اند، بررسی کرده اند. امکانات استنفورد-SLAC کریو-EM جایی که تصویر گرفته شده است این اولین تصاویری است که از سنبله های این سویه از ویروس کرونا گرفته شده در حالی که هنوز به ذرات ویروس متصل هستند.
پسرعموی خوش‌خیم‌تر SARS-CoV-2
این مطالعه ریشه در روزهای اولیه همه گیری دارد، زمانی که تحقیقات در SLAC به جز کارهایی که با هدف انجام شده بود به حالت تعلیق درآمد. درک، پیشگیری و درمان عفونت های COVID-19.
از آنجایی که آزمایش‌ها با ویروس SARS-CoV-2 واقعی فقط در آزمایشگاه‌های سطح ایمنی زیستی (BSL3) قابل انجام است، بسیاری از دانشمندان انتخاب کرده‌اند که با اعضای خوش‌خیم خانواده کروناویروس کار کنند. چیو و همکارانش ویروس کرونای انسانی NL63 را به عنوان هدف خود انتخاب کردند. تا 10 درصد از عفونت‌های تنفسی انسان، عمدتاً در کودکان و افراد دارای نقص ایمنی، با علائمی از سرفه خفیف و خس خس سینه تا برونشیت و کروپ ایجاد می‌شود.
در سال 2020، چیو گفت که این تیم از میکروسکوپ الکترونی برودتی (کریو-EM) و تحلیل محاسباتی به تصویر تاج ها سنبله های NL63 با رزولن نزدیک به اتمی.
اما از آنجایی که ساقه سنبله بسیار نازکتر از تاج آن است، آنها قادر به دریافت تصاویر واضح و با وضوح بالا از هر دو به طور همزمان نبودند.
سنبله ها را افزایش دهید
این مطالعه اطلاعات جمع‌آوری‌شده از یک سری آزمایش‌ها را ترکیب می‌کند تا تصویری بسیار کامل‌تر به دست آورد.
ابتدا، دانشجوی فارغ التحصیل دانشگاه استنفورد، دیوید چملوسکی، از توموگرافی الکترونی برودتی (cryo-ET) برای ترکیب تصاویر cryo-EM از ویروس ها که از زوایای مختلف گرفته شده بودند در تصاویر سه بعدی با وضوح بالا از بیش از صد ذره NL63 استفاده کرد.
مایکل اشمیت، دانشمند اصلی SLAC، این تصاویر را به یک ابزار تجسم سه بعدی متصل کرد و متوجه شد که هر یک از میخ های ذره به روشی منحصر به فرد خم شده است. یکی دیگر از دانشمندان SLAC، Muyuan Chen، از بازسازی تصویر پیشرفته برای ایجاد نقشه هایی استفاده کرد که میانگین چگالی تاج ها و ساقه های سنبله را نشان می دهد.
لنس ولز زیست شیمیدان از دانشگاه جورجیا با زوم کردن روی یکی از این سنبله ها، از تکنیکی به نام طیف سنجی جرمی برای تعیین ترکیب شیمیایی محل خاص 39 زنجیره قند متصل به هر یک از سه پروتئین یکسان سنبله استفاده کرد.
در نهایت، آبیشک سینهروی، بیوفیزیکدان محاسباتی در دانشگاه ایالتی آریزونا، و شاگردش اریک ویلسون، تمام این اندازه‌گیری‌ها را در مدل‌های اتمی تاج و ساقه‌های سنبله در زوایای خمش مختلف ادغام کردند و شبیه‌سازی‌های اضافی را انجام دادند تا ببینند یک سنبله چقدر و چقدر آزادانه می‌تواند خم شود. .
چیو می‌گوید: «به نظر می‌رسد که مهم نیست که چه اتفاقی می‌افتد، میخ‌ها زاویه خمشی ترجیحی حدود 50 درجه دارند و می‌توانند در شبیه‌سازی تا 80 درجه در هر دو جهت کج شوند، که به خوبی با آزمایش Cryo-ET ما مطابقت دارد. مشاهدات.»
خمیدگی در محلی روی ساقه، درست زیر تاج، جایی که یک خوشه خاصی از مولکول های قند به پروتئین چسبیده و یک لولا را تشکیل می دهد، رخ داد. شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نشان داد که تغییرات در ساختار این لولا بر توانایی خم شدن آن تأثیر می‌گذارد، و آزمایش‌های آزمایشگاهی یک گام فراتر رفت: آنها نشان دادند که جهش در بخش پروتئینی لولا باعث می‌شود سنبله بسیار کمتر مسری باشد. این نشان می دهد که هدف قرار دادن لولا ممکن است راهی برای مبارزه با ویروس باشد.
جین گفت: «افرادی که روی ویروس‌های خطرناک‌تر ویروس کرونا کار می‌کنند، از جمله MERS-CoV و SARS-CoV-2، منطقه‌ای معادل این منطقه را شناسایی کرده‌اند و آنتی‌بادی‌هایی را یافته‌اند که آن منطقه را هدف قرار می‌دهند.» این به ما می گوید که این یک منطقه بحرانی است که به شدت حفاظت شده است، به این معنی که در طول تکامل تقریباً به همان شکل باقی مانده است. بنابراین شاید با هدف قرار دادن این منطقه در همه کروناویروس‌ها، بتوانیم یک درمان یا واکسن جهانی پیدا کنیم.»
این کار توسط آزمایشگاه ملی بیوتکنولوژی مجازی، گروهی از آزمایشگاه‌های ملی وزارت انرژی که بر روی پاسخگویی به همه‌گیری COVID-19 با بودجه ارائه شده توسط قانون مراقبت از کرونا متمرکز شده‌اند، پشتیبانی می‌شود. بنیاد ملی علوم؛ و مؤسسه ملی بهداشت.
