درہم - ایک شکل میں کیا ہے؟ جیسا کہ یہ پتہ چلتا ہے، بہت کچھ. پروٹین اور دیگر مالیکیولز کے ڈھانچے کو انتہائی باریک تفصیل سے سمجھنا یہ جاننے کے لیے کلیدی حیثیت رکھتا ہے کہ وہ کیسے کام کرتے ہیں۔ اور یہ علم نئی ویکسین اور علاج کی ترقی کے دروازے کھول سکتا ہے۔
اس کو پورا کرنے کے لیے، ڈیوک محققین کو کریوجینک الیکٹران مائیکروسکوپی (Cryo-EM) نامی ایک جدید ٹول تک رسائی حاصل ہے، جو پروٹین کے سب سے چھوٹے ٹکڑوں (ایٹمک سطح پر) کی ہائی ریزولوشن امیجز کو تیزی سے تخلیق کرتا ہے۔
تین محققین نے اس تکنیک کو آگے بڑھانے کے لیے کیمسٹری میں 2017 کا نوبل انعام جیتا ہے۔ 2018 میں ڈیوک نے اپنی cryo-EM مشین حاصل کی اور انسٹال کی، چانسلر برائے صحت امور A. Eugene Washington، MD کی طرف سے فنڈنگ کی بدولت، سکول آف میڈیسن میں بنیادی سائنس کی اسسٹنٹ ڈین جینیفر فورمین نے کہا۔
پریٹ سکول آف انجینئرنگ کی مشترکہ مواد سازی کی سہولت کے ڈائریکٹر مارک والٹرز، پی ایچ ڈی، جو کہ مائیکروسکوپ رکھتا ہے اور چلاتا ہے، نے کہا کہ اس آلے کی خریداری اور انسٹال کرنے میں $8 سے 10 ملین ڈالر لاگت آئی ہے۔
Cryo-EM کے بارے میں مزید جاننے کے لیے پڑھیں اور یہ کہ ڈیوک ہیومن ویکسین انسٹی ٹیوٹ کی کوششوں میں یہ کس طرح کام کا ہارس بن گیا ہے۔ ایک ویکسین بنائیں ایچ آئی وی کے لئے
ڈیوک نے ایچ آئی وی کے ساختی ماڈل بنانے کے لیے $27M وفاقی گرانٹ سے نوازا۔
ڈیوک کیرولیناس میں صرف چار cryo-EM آلات میں سے ایک کا گھر ہے۔
ریسرچ ٹرائینگل پارک میں نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف انوائرنمنٹل ہیلتھ سائنسز (NIEHS) نے 2017 میں شمالی یا جنوبی کیرولائنا میں پہلا cryo-EM آلہ لانچ کیا۔ ڈیوک اور چیپل ہل میں یونیورسٹی آف نارتھ کیرولینا نے جلد ہی اس کی پیروی کی۔ والٹرز نے کہا کہ ڈیوک کا تھرمو فشر ٹائٹن کریوس کریو ٹرانسمیشن الیکٹران مائیکروسکوپ، ایک دوسری نسل کا ماڈل، NIEHS اور UNC-Chapel Hill پر اصل میں نصب آلات سے کچھ زیادہ ریزولوشن میں تصاویر لیتا ہے۔
NIEHS میں Cryo-EM Core کے ڈائریکٹر ماریو J. Borgnia، PhD نے کہا کہ اگست 2022 میں، NIEHS نے اپنا دوسرا آلہ، ایک Titan Krios جیسا کہ Duke میں لگایا تھا۔ تینوں ادارے اس کا حصہ ہیں۔ مالیکیولر مائیکروسکوپی کنسورشیمNIEHS پر مبنی ہے، جو کہ جوہری سطح پر مالیکیولر ڈھانچے کو سمجھنے کے لیے cryo-EM اور دیگر مائکروسکوپی ٹولز کے استعمال کو فروغ دیتا ہے اور ان اداروں کے محققین کو تربیت فراہم کرتا ہے جو انہیں اپنے کام میں استعمال کرنا چاہتے ہیں۔
ڈیوک ویکسین انسٹی ٹیوٹ نے ممکنہ علاج کے لیے $365M تک کا معاہدہ کیا۔
"cryo-EM" کے معنی
خوردبین کے نام کے "کریو" حصے کا مطلب یہ ہے کہ یہ پروٹین یا دیگر نمونوں کو منجمد کر دیتا ہے تاکہ ان کے ڈھانچے کو برقرار رکھا جا سکے جب کہ الیکٹران کی شہتیر ان سے ٹکراتی ہے۔
والٹرز نے کہا کہ الیکٹران مائکروسکوپی خلا کے اندر ہوتی ہے، لہذا اگر آپ کمرے کے درجہ حرارت پر نمونوں کی تصویر بنانے کی کوشش کرتے ہیں، تو "وہ بنیادی طور پر خود ہی گر جائیں گے۔"
والٹرز نے کہا کہ مشین یا تو واحد ذرہ تجزیہ کا استعمال کرتے ہوئے ڈیٹا اکٹھا کرتی ہے، جو بے ترتیب سمت میں خالص پروٹین کی ہزاروں تصاویر لیتی ہے، یا ٹوموگرافی، جس میں مختلف جھکاؤ والے زاویوں پر بڑے حیاتیاتی ڈھانچے کی تصاویر لی جاتی ہیں۔ محققین اعلی ریزولوشن، تین جہتی ماڈل بنانے کے لیے تصاویر کو اسٹیک کرنے کے لیے کمپیوٹر سافٹ ویئر کا استعمال کرتے ہیں۔
مصروف محققین، مصروف مشین
ڈیوک کا کریو-ای ایم آلہ ہفتے میں تقریباً 7 دن، دن میں 24 گھنٹے چلتا ہے، روزانہ 5,000 تصاویر لیتا ہے۔
عملے کی رکن نیلاکشی بھٹاچاریہ، پی ایچ ڈی، مشین کے آپریشن کی نگرانی کرتی ہیں اور محققین کو اس کے استعمال کی تربیت دیتی ہیں۔ والٹرز نے کہا کہ زیادہ مانگ کا مطلب ہے کہ محققین کی لاگت - $55 فی گھنٹہ - نسبتاً کم ہے۔ سکول آف میڈیسن میں مٹھی بھر ریسرچ گروپس بھاری استعمال کنندہ ہیں، جن میں سے زیادہ تر شعبہ بائیو کیمسٹری اور ڈیوک ہیومن ویکسین انسٹی ٹیوٹ میں ہیں۔ نوبل انعام یافتہ رابرٹ لیفکووٹز، ایم ڈی، جیمز بی ڈیوک میڈیسن کے ممتاز پروفیسر، مائیکروسکوپ کا کثرت سے استعمال کرتے ہیں اور ڈیوک پر کریو-EM لانے کے حامیوں میں سے ایک تھے۔
ڈیوک نے سٹارٹ اپ لائسنس فیس سے $90M کی اطلاع دی ہے، 13 نئے ویچرز کو لانچ کرنے میں مدد کرتا ہے۔
ڈیوک میں ممکنہ HIV ویکسین کی نشوونما کے لیے Cryo-EM اہم ہے۔
ڈیوک ہیومن ویکسین انسٹی ٹیوٹ کی ایچ آئی وی کی ویکسین تیار کرنے کی جستجو میں Cryo-EM بہت اہم ہے۔
مائکروسکوپ نے اہم طریقہ اختیار کیا ہے جسے پریموادا آچاریہ، پی ایچ ڈی، ڈیوک کے نئے وفاقی فنڈڈ سینٹر برائے ایچ آئی وی سٹرکچرل بائیولوجی کے ڈائریکٹر، ایچ آئی وی سے متعلق ڈھانچے کو سمجھنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔
آچاریہ نے کہا کہ "اعلی درجے کی مائکروسکوپ تک بار بار اور تیار رسائی کے بغیر جو ڈیٹا اکٹھا کرنے کے قابل ہے جو ہمیں جوہری سطح کی تفصیلات کو حل کرنے کی اجازت دیتا ہے، زیادہ تر کام جو ساخت پر مبنی ویکسین ڈیزائن میں جاتا ہے ممکن نہیں ہوگا،" آچاریہ نے کہا۔
اس نے وضاحت کی کہ پروٹین امینو ایسڈ کی لمبی زنجیریں ہیں جو ایک الگ شکل میں جوڑتی ہیں جو ان کے کام کی وضاحت کرتی ہے۔ HIV کے ساتھ، مثال کے طور پر، HIV-1 Envelope (Env) پروٹین کی منفرد شکل CD4 نامی رسیپٹر کے لیے ایک پابند جگہ بناتی ہے۔ "CD4 کے پابند ہونے کے بعد، Env کی شکل بدل جاتی ہے، جس سے یہ اضافی رسیپٹرز کو باندھنے کی اجازت دیتا ہے،" اس نے کہا۔
راستے کے نیچے، لفافے کی شکل میں مزید تبدیلیاں ایچ آئی وی کو انسانی خلیوں میں داخل ہونے دیتی ہیں۔ آچاریہ نے کہا کہ ان تعاملات کے بصری ماڈل یہ سیکھنے کے لیے کلیدی حیثیت رکھتے ہیں کہ ویکسین کیسے ڈیزائن کی جائے۔ "ساختی حیاتیات ہمیں بائیو مالیکیولز کی شکل اور حرکیات کو دیکھنے کی اجازت دیتی ہے، اس طرح ان کے کام میں ایک ونڈو اور اسے تبدیل کرنے کی صلاحیت فراہم کرتی ہے۔"
© ڈیوک یونیورسٹی اسکول آف میڈیسن
