لا يمكن للمادة الجينية الموجودة داخل الفيروسات أن تعيش لفترة طويلة بدون طبقة واقية من البروتينات. ومع ذلك ، فإن العملية التي تتجمع بها هذه البروتينات لتغليف (وبالتالي حماية) الجينوم الفيروسي ليست مفهومة جيدًا - خاصة بالنسبة لفيروسات كورونا ، التي تحتوي على جينومات RNA كبيرة جدًا. حدد زوجان من الباحثين في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد بالولايات المتحدة ومختبر مواد بحيرة سونغشان في الصين الآن التفاعلات أثناء تجميع SARS-CoV-2 ، الفيروس التاجي الذي يسبب COVID-19 ، واستكشفوا كيفية حدوث هذه التفاعلات. يؤدي إلى تجميع الجينوم في فيريون جديد. يمكن أن يساعد العمل في تصميم وتطوير الأدوية لمكافحة هذا الفيروس وغيره من فيروسات كورونا.
يحتوي SARS-CoV-2 على أربعة بروتينات هيكلية: مغلف (E) ؛ غشاء (م) ؛ نوكليوكابسيد (ن) ؛ و سبايك (S). تعد بروتينات M و E و S حيوية لتجميع وتشكيل الطبقة الخارجية أو الغلاف الخارجي للفيروس ، مما يساعد الفيروس على دخول الخلايا المضيفة بالإضافة إلى حمايته من التلف.
مركب بروتين نووي مضغوط
في العمل الجديد ، عالم الفيزياء بجامعة كاليفورنيا في ريفرسايد رويا زاندي وطالبها السابق المتخرج سيو لي (وهو الآن باحث في مرحلة ما بعد الدكتوراة في بحيرة سونغهان) استخدم أدوات حسابية تُعرف بالنماذج الحبيبية الخشنة لمحاكاة كيفية تشكل SARS-CoV-2 من هذه الأجزاء المكونة. تحاكي هذه النماذج المكونات الفيروسية بمقاييس الطول الكبيرة وتوفر معلومات ثمينة عن عمليات تجميع الفيروسات.
باستخدام هذه النماذج ، قام الزوج بحساب أن البروتينات N تكثف الحمض النووي الريبي الفيروسي لتشكيل ما يسمى بمركب البروتين النووي المضغوط ، وهو عبارة عن مجموعة من الجزيئات تتكون من كل من البروتين والحمض النووي الريبي. ثم يتفاعل هذا التجمع مع بروتينات M المدمجة في الغشاء الدهني. أخيرًا ، تحدث عملية تُعرف باسم "التبرعم" لمركب البروتينوكليوبروتين ، وتكمل التكوين الفيروسي.
التفاعل بين بروتينات N مهم جدا
اعتمد الباحثون شكل البروتين N في نموذجهم على بنية معروفة موصوفة في الأدبيات. يوضح Zandi: "RNA عبارة عن بوليمر سالب الشحنة وهناك الكثير من الشحنات الموجبة في البروتينات N". "ينتج عن التفاعل بين الشحنات الموجبة على البروتينات N والشحنات السالبة على الحمض النووي الريبي تكاثف الحمض النووي الريبي."
يقول زاندي عالم الفيزياء أن التفاعلات بين البروتينات N تبين أنها مهمة جدًا في تكثيف الحمض النووي الريبي. وتضيف: "لم نكن نعرف هذا التأثير قبل إجراء عمليات المحاكاة الخاصة بنا".
قام الزوج أيضًا بنمذجة البروتينات M بناءً على هيكلها ووظيفتها كما هو موضح في الأدبيات. لقد صمموا هذه البروتينات بحيث تتفاعل مع البروتينات N وتثني الغشاء أيضًا. يوضح لي: "لقد سمح لنا النموذج الخشن الحبيبات بفهم آليات تكوّن قلة البروتين ، وتكثيف الحمض النووي الريبي بواسطة البروتينات الهيكلية وتفاعلات البروتين الغشائي ، والتنبؤ بالعوامل التي تتحكم في تجميع الفيروس".
يكشف الفحص المجهري فائق الدقة عن آليات استنساخ لفيروس كورونا
في الماضي ، يشير زاندي إلى أن فهم العوامل التي تساهم في تجميع الفيروسات أدى غالبًا إلى استراتيجيات علاجية جديدة. في رأيها ، نتائج هذا البحث والتي تم تفصيلها في المجلة الفيروسات، يمكن أن يساعد بالمثل في توفير وسائل مكافحة SARS-CoV-2. "آلية التجميع التي اكتشفناها يمكن أن تساعد في تصميم وتطوير الجزيئات الصغيرة التي تستهدف بروتينات البنية الفيروسية ، وتعديل وظائفها لتعطيل دقة عملية التجميع" ، على حد قولها.
على المدى الطويل ، يعتقد زاندي أن العمل الجديد يمكن أن يصبح معيارًا للتجارب والمحاكاة المجهرية لجميع الذرات. "نحن نتعاون حاليًا مع مجموعات تجريبية وحاسوبية للمرحلة التالية من تحقيقاتنا" ، كما تكشف. "في النهاية ، نهدف إلى ربط الأبحاث متعددة النطاقات لمواصلة التطوير المستمر للأدوية المضادة للفيروسات لوقف فيروسات كورونا في مرحلة التجميع."
