ویروس آنفولانزا فقط سلول‌ها را آلوده نمی‌کند، بلکه به آرامی یک ساختار هسته‌ای را که بیشتر زیست‌شناسان به سختی مطالعه می‌کنند، از بین می‌برد و به نظر می‌رسد که این همه نکته در نحوه تولید مثل است.

تیمی مستقر در EMBL هامبورگ اولین نقشه مولکولی در مقیاس بزرگ را از چگونگی به دام انداختن فیزیکی پروتئین‌های انسانی در سلول‌های زنده و آلوده توسط آنفولانزای A ایجاد کرده‌اند – و یکی از جالب‌ترین یافته‌های آن این است که ویروس به طور سیستماتیک مجموعه‌ای از ساختارهای ریز قطره‌مانند را در هسته سلول به نام paraspeckles جدا می‌کند تا ظاهراً پروتئین‌های مورد نیاز خود را آزاد کند.

این کار که این هفته در Nature Microbiology منتشر شد، یک ترفند شیمیایی به نام طیف‌سنجی جرمی پیوند متقابل را با یک نسخه اصلاح شده از الگوریتم ساختار پروتئین AlphaFold ترکیب می‌کند. این ترکیب به محققان این امکان را داد تا پروتئین‌های ویروسی و انسانی را در عمل لمس یکدیگر ضبط کنند، سپس آن دست دادن‌ها را در سه بعدی بازسازی کنند.

این در واقع یک نمودار مدار ربایی است.

چرا ترسیم نقشه آنفولانزا در این قطعنامه مهم است؟

بر اساس خلاصه مطالعه EMBL، آنفولانزای فصلی همچنان سالانه باعث 3 تا 5 میلیون مورد بیماری شدید در سراسر جهان می شود و سالانه با 650000 مرگ همراه است. آنفولانزای A، زیرشاخه‌ای که تیم بر روی آن متمرکز شد، همانی است که باعث همه‌گیری آنفلوانزای ثبت شده، از شیوع سال 1918 تا موج H1N1 در سال 2009 شده است.

درک اینکه ویروس چگونه سلول انسان را دوباره سیم کشی می کند، آکادمیک نیست. هر گونه تماس مستقیم بین یک پروتئین ویروسی و یک پروتئین انسانی یک هدف دارویی بالقوه است – یک درز مولکولی که در آن یک عامل ضد ویروسی می تواند ماشین را از هم جدا کند.

تا به حال، بیشتر نقشه های این مخاطبین از سلول هایی می آمدند که ابتدا شکسته شده بودند. این رویکرد تعاملات موجود در نوعی سوپ بیوشیمیایی را به تصویر می‌کشد که فاقد محفظه‌ها و شیب‌هایی است که یک سلول واقعی را به سلول واقعی تبدیل می‌کند. تیم هامبورگ می خواستند سیم کشی را در حالی که چراغ ها روشن بودند ببینند.

روش چگونه کار می کند

طیف سنجی جرمی پیوند متقاطع یا XL-MS از پیوندهای شیمیایی ریز استفاده می کند که وقتی دو پروتئین به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک شوند بسته می شوند. بعد از اینکه سلول بعداً برای تجزیه و تحلیل تشریح شد، این اتصالات در جای خود باقی می‌مانند و مشخص می‌کنند که کدام پروتئین‌ها در تماس بوده‌اند و مهم‌تر اینکه کدام قسمت‌های آنها را لمس کرده‌اند.

این داده‌های موقعیتی را در یک پیش‌بینی‌کننده ساختاری تغذیه کنید، و فهرست انتزاعی تعاملات چیزی نزدیک‌تر به یک طرح سه‌بعدی می‌شود. این تیم از نسخه سفارشی AlphaFold استفاده کرد، سیستم تاشو پروتئین که توسعه دهندگان اصلی آن جایزه نوبل شیمی 2024 را به اشتراک گذاشتند.

با توجه به انتشار EMBL، بوریس بوگدانوف، رهبر گروه تحقیقاتی جوان در موسسه ویروس شناسی در Sharite، توضیح داد که تکنیک XL-MS برهمکنش های پروتئین-پروتئین را در سلول های آلوده ثبت می کند در حالی که اطلاعات ساختاری در مورد آن فعل و انفعالات ارائه می دهد.

Payoff مجموعه داده ای است که نه تنها توصیف می کند که پروتئین های انسانی ویروس چنگ می زند، اما چگونه آنها را می گیرد.

هماگلوتینین یک اسکورت از یک مهماندار دریافت می کند

نیمی از نقشه سفر هماگلوتینین را نشان می دهد، پروتئین تند که به گونه های آنفولانزا نام هایی مانند H1 یا H5 می دهد و ویروس از آن برای اتصال به سلول های انسانی استفاده می کند.

قبل از اینکه ذرات ویروس جدید جوانه بزنند، هماگلوتینین باید تا شود، اصلاح شود و به سطح سلول تحویل داده شود. کار جدید نشان می‌دهد که ویروس از شبکه انتقال پروتئین خود سلول برای انجام این کار استفاده می‌کند – به خدمت گرفتن همراهان انسانی و اصلاح آنزیم‌ها در نقاط تماس خاص در طول مسیر.

این زنجیره انتقال نوع جزئیاتی است که برای طراحی آنتی ویروس اهمیت دارد. مسدود کردن مستقیم یک پروتئین ویروسی اغلب برای جهش‌یافته‌های مقاوم انتخاب می‌شود. جلوگیری از مسدود کردن پروتئین انسانی که ویروس به آن وابسته است برای ویروس دشوارتر است زیرا نمی تواند به راحتی میزبان خود را جهش دهد.

همین منطق منجر به درمان های جدیدتری برای سایر ویروس ها شده است، از جمله دسته ای از داروهای تبخال که با هدف قرار دادن رابط های میزبان و ویروس، دستگاه تکثیر ویروس را مسدود می کنند.

سورپرایز پاراسپکل

نیمه دوم نقشه قسمتی است که محققان را شگفت زده کرد.

نرده ها محفظه های کوچک و قطره مانندی در داخل هسته سلول هستند. آنها اندامک های متصل به غشاء نیستند، بلکه میعانات هستند – قطرات پروتئین و RNA که بسته به شرایط سلولی تشکیل و حل می شوند. تصور می‌شود که آنها به تنظیم بیان ژن و جداسازی پروتئین‌های متصل به RNA کمک می‌کنند.

در هر رده سلولی آلوده به آنفولانزا، تیم بررسی کرد و در چندین سویه آنفولانزا، پاراشک حل شد.

جولیا کوتووا، نویسنده اول مطالعه و محقق سابق پیش‌دکتری در EMBL هامبورگ، خاطرنشان کرد که رفتار پاراسکل‌ها شگفت‌انگیزترین یافته بود. کوتووا توضیح داد که مشاهده انحلال مداوم این اندامک‌ها در تمام رده‌های سلولی و سویه‌های آنفلوانزای آزمایش‌شده نشان می‌دهد که این احتمالاً یک استراتژی ویروسی عمدی است و صرفاً یک عارضه جانبی عفونت نیست.

هنگامی که قطرات تجزیه می شوند، پروتئین های متصل شونده به RNA را آزاد می کنند. این پروتئین ها دقیقاً همان ابزارهای مولکولی هستند که آنفولانزا برای کپی کردن ژنوم RNA خود به آن نیاز دارد. حل کردن نرده ها همچنین می تواند پاسخ ضد ویروسی سلول را کمرنگ کند، اگرچه محققان این اثر دوم را با احتیاط بیشتری تعریف می کنند.

یک عکس فوری، نه یک فیلم – هنوز

نقشه فعلی یک لحظه از چرخه سرایت را ثبت می کند. با این حال، آنفولانزا یک فرآیند سریع است: ورود، پوشش، تکثیر، مونتاژ و تکثیر در عرض چند ساعت آشکار می‌شود و فعل و انفعالات پروتئینی که ویروس به آن وابسته است، با پیشرفت تغییر می‌کند.

یان کوسینسکی، رهبر گروه در EMBL هامبورگ، گفت که این کار رویکرد جدیدی را برای مطالعه تعاملات آنفولانزا-میزبان در بافت سلولی طبیعی آن‌ها ارائه می‌کند و در عین حال بینش‌های ساختاری را به دست می‌آورد. کوسینسکی خاطرنشان کرد که نتایج کنونی نشان‌دهنده یک نقطه زمانی در طول عفونت است و نشان می‌دهد که تحقیقات آینده می‌تواند تعاملات آنفولانزا-میزبان را در طول چرخه عفونت بررسی کند.

مرحله بعدی یک سری زمانی است – تکرار نقشه برداری XL-MS در نقاط متوالی پس از آلودگی برای ساخت چیزی بیشتر شبیه یک فیلم استاپ موشن از تصاحب.

چرا H5N1 فیل در اتاق است؟

این روش بر روی سویه‌های آنفولانزای فصلی A رشد یافته در کشت سلولی نشان داده شد. اما این رویکرد کلی است، و محققان به طور خاص H5N1 – آنفولانزای پرندگان بسیار بیماری زا که اکنون در بین گاوهای شیری و پرندگان وحشی در گردش است – به عنوان یک هدف آشکار بعدی اشاره کردند.

تلفات H5N1 در حیات وحش در حال حاضر قابل مشاهده است. باس راک، بزرگترین مستعمره گانیت شمالی جهان، تقریباً یک سوم جمعیت خود را در پی موج اخیر آنفولانزای پرندگان کاهش داده است و طبق گزارش بی بی سی از تحقیقات جاری قو، تلاش های نظارتی در امتداد تیمز برای ردیابی شیوع پرندگان آبی ادامه دارد. موارد انسانی تاکنون نادر بوده است، اما هر میزبان پستاندار اضافی فرصت دیگری برای سازگاری ویروس است.

استفاده از نقشه هامبورگ برای H5N1 نشان می‌دهد که آیا سویه پرنده از همان ترفند انحلال جان پناه و همان بزرگراه‌های همراه استفاده می‌کند – و آیا همان اهداف دارویی روی میز هستند یا خیر.

پیامدهای واکسن ها و ضد ویروس ها

واکسن‌های فعلی آنفولانزا عمدتاً سیستم ایمنی را برای تشخیص هماگلوتینین و نورآمینیداز روی سطح ویروس آموزش می‌دهند. این کار می کند، اما فقط تا زمانی که ویروس این پروتئین ها را به اندازه کافی برای فرار جهش دهد. واکسن‌های با اثر گسترده‌تر عملکردهای حفاظت‌شده‌ای را هدف قرار می‌دهند که ویروس به راحتی نمی‌تواند آنها را تغییر دهد، استراتژی که از کار بر روی مکانیسم‌های دفاعی تغییر شکل ابولا آشناست.

نقشه هامبورگ محور حمله دیگری را نشان می دهد. اگر یک چپرون انسانی خاص برای تا شدن هماگلوتینین ضروری باشد، یک مولکول کوچک که برای مدت کوتاهی این چپرون را مسدود می‌کند، می‌تواند تکثیر آنفولانزا را بدون توجه به نوع آن متوقف کند. اگر حل شدن پاراسپکل برای سنتز موثر RNA ویروسی ضروری باشد، داروهایی که این میعانات را تثبیت می کنند می توانند همین کار را انجام دهند.

نه پیشنهادی برای سال آینده. داروهای ضد ویروسی که میزبان را هدف قرار می‌دهند باید بین مسدود کردن ویروس و ایجاد اختلال در عملکرد طبیعی سلولی فاصله داشته باشند.

آنچه که نظرسنجی به دست می‌دهد فهرست قطعات است. تقریباً یک قرن پس از همه‌گیری 1918 و دو دهه پس از دوران آلفا فولد، محققان سرانجام می‌توانند دستورالعمل‌های کنترل آنفولانزا را از خود سلول، یک پیوند در یک زمان مطالعه کنند.