چگونه می توان ویروس کرونا را متوقف کرد: نقشه اتمی سه بعدی مکانیسم تکثیر ویروسی COVID-19
اولین ساختار نوترونی آنزیم اصلی پروتئاز SARS-CoV-2 بارهای الکتریکی غیرمنتظره ای را در اسیدهای آمینه سیستئین (منفی) و هیستیدین (مثبت) نشان داد و داده های کلیدی در مورد تکثیر ویروس را ارائه می دهد. اعتبار: Jill Hemman / ORNL ، گروه انرژی ایالات متحده
دانشمندان برای درک بهتر نحوه رفتار ویروس کرونا و چگونگی جلوگیری از آن ، یک نقشه سه بعدی را تکمیل کرده اند که محل هر اتم را در یک مولکول آنزیم حیاتی برای تولید مثل SARS-CoV-2 نشان می دهد.
محققان آزمایشگاه ملی وزارت انرژی اوك ریج از پراكندگی نوترون برای شناسایی اطلاعات كلیدی برای بهبود اثربخشی بازدارنده های دارویی كه برای جلوگیری از سازوكار تکثیر ویروس طراحی شده اند ، استفاده كردند. این تحقیق در ژورنال شیمی بیولوژیک منتشر شده است .
ویروس SARS-CoV-2 ، که باعث بیماری COVID-19 می شود ، زنجیره های طولانی پروتئین متشکل از تقریباً 1900 بقایای اسید آمینه را بیان می کند . برای تولید مثل ویروس ، این زنجیره ها باید شکسته شوند و توسط آنزیمی به نام پروتئاز اصلی به رشته های کوچکتر برش داده شوند. آنزیم پروتئاز فعال از دو مولکول پروتئین یکسان تشکیل شده است که توسط پیوندهای هیدروژن نگه داشته می شوند. تولید دارویی که فعالیت پروتئاز را مهار یا مسدود کند ، از تکثیر و انتشار ویروس به سلولهای دیگر بدن جلوگیری می کند.
آندری کووالوسکی ، نویسنده مسئول ، از ORNL گفت: “این اطلاعات جدید دقیقاً همان چیزی است که برای طراحی بازدارنده ها با درجه بالاتری از ویژگی مورد نیاز است ، اطمینان حاصل شود که مولکول های بازدارنده بسیار محکم به اهداف مورد نظر متصل می شوند و پروتئاز را از کار می اندازند.”
آزمایش های نوترون برای اولین بار نشان داد که سایت حاوی اسیدهای آمینه که در آن زنجیره های پروتئینی بریده شده است ، بر خلاف تصورات قبلی در یک حالت واکنشی با بار الکتریکی است و در حالت استراحت یا خنثی نیست. دوم ، آنها مکان هر اتم هیدروژن را در مکانهایی که مهار کننده ها به آنزیم پروتئاز متصل می شوند و همچنین بارهای الکتریکی اسیدهای آمینه مرتبط ، نقشه برداری می کنند. این آزمایشات همچنین کل شبکه پیوندهای هیدروژنی را بین مولکول های پروتئینی که آنزیم را در کنار هم نگه داشته و آن را قادر می سازد روند شیمیایی برش زنجیره های پروتئینی را ترسیم کند ، ترسیم کرد.
“نیمی از اتم های موجود در پروتئین ها هیدروژن هستند. این اتم ها بازیگران اصلی عملکرد آنزیمی هستند و برای چگونگی اتصال داروها ضروری هستند. ” “اگر ما ندانیم که آن هیدروژن ها کجا هستند و چگونه بارهای الکتریکی در داخل پروتئین توزیع می شوند ، نمی توانیم مهار کننده های م effectiveثر برای آنزیم طراحی کنیم.”
مطالعه نوترون این تیم بر اساس تحقیقات قبلی منتشر شده در مجله Nature Communications ، ایجاد یک ساختار اتمی کامل از آنزیم پروتئاز است. محققان همچنین داده های خود را پیش از انتشار هر دو مقاله برای تسریع راه حل های همه گیری جهانی ، در دسترس جامعه علمی قرار داده اند.
نوترون ها پروب ایده آل برای مطالعه ساختارهای بیولوژیکی هستند زیرا تخریب ناپذیری دارند و نسبت به عناصر نوری مانند هیدروژن بسیار حساس هستند. آزمایش های پراکندگی نوترون در راکتور ایزوتوپ جریان شار بالا و منبع نوترون Spallation در ORNL انجام شد. نمونه های پروتئین در تأسیسات مجاور در مرکز زیست شناسی مولکولی ساختاری سنتز شدند.
“این ممکن است سریعترین ساختار نوترونی پروتئینی باشد که تاکنون تولید شده است. ما آزمایشات نوترون را در ماه مه آغاز کردیم و در عرض پنج ماه ، نتایج خود را بدست آوردیم و منتشر کردیم. این چیزی است که معمولاً سالها به طول می انجامد. ” “این کار نشان می دهد که چه کاری می توانیم در اوک ریج انجام دهیم. همه کارها از ابتدا تا انتها در اینجا انجام شد. پروتئین ها بیان ، خالص و متبلور شدند و تمام داده ها در محل جمع آوری و تجزیه و تحلیل شدند – یک رویکرد کاملاً عمودی یکپارچه. “
این تیم اکنون از اطلاعات تازه به دست آمده برای بررسی خواص اتصال نامزدهای مولکول دارو برای تولید داروهای بهبود یافته COVID-19 استفاده خواهد کرد.
دانیل كلنلر ، نویسنده این تحقیق ، از ORNL گفت: “این اولین بار نیست كه كسی ساختار نوترونی پروتئین ویروس كرونا را بدست می آورد ، بلكه این اولین باری است كه كسی با استفاده از نوترون به این دسته از آنزیم های پروتئاز نگاه می كند.” “این یک نمونه برجسته از کریستالوگرافی نوترونی است که به جامعه در هنگام نیاز بیشتر نیاز دارد.”
