«فیلم مولکولی» جاهای خالی نحوه آلوده کردن سلول‌ها توسط ویروس‌های بدون پوشش را پر می‌کند

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

استفن هریسون، زیست‌شناس ساختاری دانشکده پزشکی هاروارد، به طعنه می‌گوید: ویروس‌ها در دو طعم اصلی وجود دارند-نه شکلات و وانیلی، اما آنهایی که در غشاها پوشانده شده‌اند، مانند ویروس هرپس، ویروس آنفولانزا، HIV و SARS-CoV-2، و آنهایی که نیستند، مانند ویروس فلج اطفال، HPV، روتا ویروس و آدنو.

دانشمندان در مورد اینکه ویروس‌های پوشیده چگونه مواد ژنتیکی خود را از غشای سلولی و در سلول‌های ما وارد می‌کنند و در نتیجه باعث عفونت می‌شوند، بیشتر از نحوه عملکرد ویروس‌های بدون پوشش می‌دانند. هریسون، استاد علوم پایه پزشکی جیووانی آرمنیز-هاروارد در HMS و استاد HMS اطفال در بیمارستان کودکان بوستون، دهه ها را صرف رفع این شکاف کرده است.

به لطف روش‌های تصویربرداری پیشرفته، آزمایشگاه و همکاران او اکنون یکی از آخرین قطعات پازل را برای ویروس‌های بدون پوششی که ژنوم‌های خود را بسته‌بندی شده در یک پوسته پروتئینی تحویل می‌دهند، پر کرده‌اند.

این یافته ها که در 10 سپتامبر در Science گزارش شده است، درک ویروس شناسی را عمیق تر می کند و می تواند به صنعت بیوتکنولوژی کمک کند تا روش های بهتری برای انتقال ژن درمانی و سایر عوامل درمانی نسبتا بزرگ به سلول ها ابداع کند.

هریسون، نویسنده ارشد این مطالعه و محقق موسسه پزشکی هاوارد هیوز، گفت: «این کار نه تنها برای درک عفونت توسط ویروس‌های بدون پوشش، بلکه برای پرداختن به این سؤال کلی که مکانیسم‌های انتقال محموله‌های بزرگ به سلول‌ها چیست، مرتبط است. "من همیشه فکر می کردم اگر بتوانیم بفهمیم که تکامل چگونه این کار را برای یک ویروس انجام داده است، ما را یک قدم جلوتر می گذارد."

این کار توسط نویسنده اول Marilina de Sautu، یک محقق در آزمایشگاه هریسون، با همکاری نزدیک با Simon Jenni، دانشمند تحقیقاتی HMS در شیمی بیولوژیکی و فارماکولوژی مولکولی انجام شد.

مطالعات قبلی از آزمایشگاه هریسون و دیگران نشان داد که چگونه روتاویروس‌ها به غشای سلولی متصل می‌شوند و سپس غرق می‌شوند و به یک محفظه متصل به غشاء در داخل سلول آورده می‌شوند. سپس ویروس باید به نحوی سوراخی در آن غشاء ایجاد کند تا DNA یا RNA خود را وارد سلول کند، ماشین‌های مولکولی سلول را در اختیار گرفته و خود را تکثیر کند.

در مطالعه جدید، که از سویه‌ای از روتاویروس استفاده شد، دو ساتو و همکارانش پروتئینی را شناسایی کردند که سوراخی را در غشاء ایجاد می‌کند و نحوه انجام آن را نشان داد. آنها نشان دادند که پروتئین ویروس 5 یا VP5 باعث نفوذپذیری غشاء به کلسیم می شود و باعث از بین رفتن یون های کلسیم می شود. این به نوبه خود باعث می شود که پروتئین ویروس 7 یا VP7 از ذره ویروس جدا شده و منافذی در غشاء ایجاد کند.

برای خوشحالی هریسون، نه پروتئین و نه مکانیسم آن چیزی بود که او انتظار داشت.

او گفت: "در تمام طول مدت فکر می کردم VP5 است که سوراخ را سوراخ می کند، اما VP7 است." وی خاطرنشان کرد که کار یکی از همکاران سابق در HMS و کودکان بوستون، فیلیپ دورمیتزر، که اکنون یک مدیر اجرایی داروسازی زیستی است، و شاگرد آنها، شین تراسک، اشاره کرده است که VP7 خواهد بود. "معلوم شد که این یک سوراخ سوراخ از نوع خاص رضایت بخش است."

این کار هدف طولانی مدت هریسون را برآورده می‌کند که دقیقا چگونه ویروس‌های بدون پوشش سلول‌ها را گام به گام به عنوان یک «فیلم مولکولی» آلوده می‌کنند. این تیم با استفاده از یک فناوری نسبتا جدید به نام توموگرافی کرایو الکترون یا کرایو-ET به این امر دست یافتند.

cryo-ET نوعی میکروسکوپ کرایو الکترونی (cryo-EM)، به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا یک نمونه بیولوژیکی بسیار نازک را منجمد کنند و عکس‌های فوری با وضوح بالا در زوایای مختلف بگیرند که می‌توانند در یک مدل سه‌بعدی بازسازی شوند. این مانند سی تی اسکن است، فقط به جای اینکه دستگاه 180 درجه به دور بیمار بچرخد تا تصویری ثبت کند، در کرایو ET میکروسکوپ ثابت می ماند در حالی که نمونه کج می شود.

بازسازی‌های cryo-ET تصاویری از هر مرحله از عفونت روتاویروس، از اتصال به غشای سلولی و غرق شدن گرفته تا پانچ کردن سوراخ و خارج کردن RNA آن را ارائه می‌دهد. این کار با کمک مدیر عامل ریچارد والش و نویسنده همکار مطالعه، کانی لایستنر در مرکز زیست شناسی ساختاری هاروارد Cryo-EM در HMS، که هریسون به عنوان مدیر دانشکده برای آن خدمت می کند، انجام شد.

هریسون گفت: "Cryo-ET به ما اجازه داد کاری را انجام دهیم که حتی چند سال پیش نمی توانستیم انجام دهیم." مقاله ما و کار [استاد HMS] آلن براون با مژه‌ها، که در همان روز به صورت آنلاین در Science منتشر شد، برخی از کاربردهای هیجان‌انگیز این فناوری را نشان می‌دهد، زیرا HMS از آن برای آشکار کردن بیولوژی پایه بسیار جالب و رسیدگی به مشکلات مهم زیست‌پزشکی استفاده می‌کند.

تصویربرداری سلول های زنده و تک مولکولی از آزمایشگاه همکار توماس کیرشهاوزن، استاد زیست شناسی سلولی در HMS و استاد HMS اطفال در کودکان بوستون، برای ایجاد انگیزه و اعتبار یافته ها بسیار مهم بود.

هریسون گفت، مجموعه مهمی از آزمایش‌ها برای تأیید ویژگی‌های نحوه عملکرد VP7 باقی مانده است.

اکنون که محققان نشان داده‌اند روتا ویروس‌ها چگونه مواد ژنتیکی خود را به سلول‌ها می‌رسانند، قصد دارند مکانیسم‌های مربوط به برخی ویروس‌های بدون پوشش دیگر را مطالعه کنند. Kirchhausen در حال حاضر مقدمات تصویربرداری از مراحل ویروس‌های مرتبط با آدنو (AAVs) را ایجاد کرده است، ویروس‌هایی که مخصوصا مربوط به بیوتکنولوژی و دارو هستند، زیرا آنها گزینه‌های رایجی برای انتقال ژن‌درمانی به سلول‌ها هستند.

De Sautu قصد دارد در حین تکمیل تحقیقات پسا دکتری خود در HMS و راه اندازی آزمایشگاه خود، سایر سؤالات مربوط به ورود ویروس را بررسی کند.

هریسون گفت، هم بینش علوم پایه که مدت ها مورد انتظار بود و هم پتانسیل کمک به تلاش ها برای درمان بیماری رضایت بخش است.

او گفت: "کنجکاوی در مورد اینکه چگونه تکامل مشکل انتقال یک ذره بزرگ به سلول را بدون آسیب رساندن به آن حل کرده است، انگیزه اصلی من است، اما من هیجان زده هستم که پیامدهای بالقوه ای دارد که بیوتکنولوژیست ها می توانند از آنها الهام بگیرند."

Marilina de Sautu و همکاران، مکانیسم سوراخ شدن غشاء در ورود سلول روتاویروس، علم (2026). DOI: 10.1126/science.aeg4851

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →