روش جدید نشان می دهد که چگونه ذرات ویروس می توانند خود را مولکول به مولکول بسازند

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:

محققان دانشگاه آکسفورد مجموعه گام به گام ذرات ویروس مانند را به تصویر کشیده اند و نشان می دهد که چگونه برهمکنش های مولکولی ساده می توانند این ساختارهای بیولوژیکی پیچیده را به طور قابل اعتماد بسازند. نتایج امروز (16 سپتامبر) در Nature منتشر شد.

درک اینکه چگونه ویروس ها جمع می شوند - و چه چیزی می تواند این روند را مختل کند - در نهایت می تواند به محققان در طراحی درمان های جدید ضد ویروسی و همچنین مهندسی واکسن ها و سایر درمان ها کمک کند. مطالعه جدید دیدگاهی در سطح مولکولی ارائه می‌کند که چگونه پوسته‌های پروتئینی مرتبط با ویروس‌ها می‌توانند به طور خودبه‌خود و قابل اعتماد از اجزای جداگانه‌شان جمع شوند، حتی وقتی هزاران راه ممکن برای تطبیق آنها با یکدیگر وجود داشته باشد.

این مطالعه نشان داد که این فرآیند بیشتر شبیه یافتن مسیری از طریق پیچ و خم است که در آن تنها محصول مولد قفل را در جای خود قرار می دهد. بلوک‌های سازنده پروتئین در ابتدا اتصالات ضعیف و برگشت‌پذیر ایجاد می‌کنند و اجازه می‌دهند ترتیبات ناموفق از هم بپاشد و دوباره امتحان شوند. اما هنگامی که پروتئین ها ساختارهای بسته خاصی را تشکیل می دهند، اتصالات متعدد آنها آنها را بسیار پایدارتر می کند. این ساختارها به‌عنوان تعداد کمی از نقاط راه مولکولی عمل می‌کنند و به تدریج فرآیند بسیار پیچیده‌ای را به سمت ذره تکمیل‌شده هدایت می‌کنند.

یک لحظه حیاتی زمانی رخ می دهد که پنج بلوک سازنده پروتئین بزرگتر یک حلقه پنج ضلعی بسته را تشکیل می دهند - اولین ساختار به ویژه پایدار در مسیر. پس از این مرحله، بلوک‌های سازنده پروتئین کمتری برای رسیدن به هر مرحله پایدار جدید مورد نیاز است، که اجازه می‌دهد روند مونتاژ سریعتر شود.

دکتر روی اسور (گروه شیمی و مؤسسه کاولی برای اکتشاف علوم نانو، دانشگاه آکسفورد) گفت: "یک ویروس باید یک مشکل ساخت و ساز خارق العاده را حل کند. اجزای آن باید به نحوی ترتیب درستی را در میان تعداد زیادی از احتمالات بیابند، بدون طرح یا ماشینی که مولکول ها را بر اساس قوانین فیزیکی هدایت می کند. ممکن است."

ویروس ها از مواد ژنتیکی خود در داخل پوسته های پروتئینی سازمان یافته ای به نام کپسید محافظت می کنند. این ساختارها می‌توانند حاوی ده‌ها یا حتی هزاران جزء پروتئینی باشند، با این حال در بسیاری از ویروس‌ها بلوک‌های ساختمانی آن‌ها به‌طور خود به خود به شکل درستی جمع می‌شوند.

دانشمندان این فرآیند را برای دهه‌ها مطالعه کرده‌اند، اما مشاهده مستقیم آن بسیار دشوار بوده است. ساختارهای میانی حیاتی کمیاب و اغلب کوتاه مدت هستند، به این معنی که آزمایش‌های معمولی می‌توانند به محققان نشان دهند که قبل و بعد از مونتاژ چه چیزی وجود دارد، بدون اینکه لزوما مراحل مولکولی که این دو را به هم متصل می‌کنند، آشکار کنند.

تیم آکسفورد با استفاده از یک ذره مهندسی شده ویروس مانند که از 60 واحد پروتئین ساخته شده بود، با این مشکل مقابله کرد. آنها نورسنجی جرمی، فناوری توسعه یافته در آکسفورد را که جرم تک تک مولکول ها را با تشخیص نوری که پراکنده می کنند، اندازه گیری می کند، با روش جدیدی برای محدود کردن مولکول های جداگانه ترکیب کردند تا بتوان آنها را به طور مداوم مشاهده کرد. این به تیم اجازه داد تا به طور مؤثر یک ذره را با پیوستن اجزای پروتئینی جدید به طور مکرر وزن کنند و رشد آن را مرحله به مرحله آشکار کند.

همکار اولین نویسنده Ph.D. دانشجوی Dan Loewenthal (گروه شیمی و مؤسسه Kavli برای کشف علوم نانو، دانشگاه آکسفورد) گفت: "این روش به ما امکان می دهد تا فرآیند مونتاژ را مستقیما مطالعه کنیم. ما فقط یک ویدیو می گیریم."

پروفسور فیلیپ کوکورا (بخش شیمی و مؤسسه کاولی برای اکتشاف علوم نانو، دانشگاه آکسفورد) گفت: "تاکنون، بسیاری از درک ما از نحوه جمع آوری این ساختارها باید از روی عکس های فوری یا مدل های نظری بازسازی می شد. ما می توانیم تغییرات را به صورت متقابل اندازه گیری کنیم و می توانیم تغییرات زیر را دنبال کنیم. سازه های میانی مهم ظاهر می شوند و مدلی دقیق از روند ساخت و ساز را استنباط می کنند."

یافته‌ها توضیح می‌دهند که چگونه یک فرآیند مونتاژ با تعداد زیادی از مسیرهای ممکن از لحاظ نظری می‌تواند از طریق تعداد نسبتا کمی از مراحل تولیدی هدایت شود. آنها همچنین نشان می‌دهند که چرا مرحله اولیه دشوار، به نام هسته‌سازی، با رشد بسیار سریع‌تری پس از مونتاژ دنبال می‌شود.

آسور افزود: "تعامل ضعیف به سیستم فضایی برای اشتباه می دهد. بیشتر برخوردها لزوما موفقیت آمیز نیستند: اجزا می توانند جدا شوند و دوباره تلاش کنند. اما هنگامی که تعداد زیادی از آنها در آرایش بسته مناسب کنار هم قرار گیرند، ساختار پایدار می شود و مونتاژ می تواند به جلو حرکت کند. این ترکیب آزمون و خطا به دنبال قفل شدن در ساختارهای موفق چیزی است که فرآیند را بسیار قابل اعتماد می کند."

دکتر جک تان (موسسه پزشکی مولکولی MRC Weatherall و موسسه CAMS-Oxford) یکی از نویسندگان این مقاله خاطرنشان کرد: "توانایی درک این فرآیندها در سطح مولکولی می تواند کاربردهای مهمی در تولید واکسن و ضد ویروس هایی داشته باشد که تجمع ویروسی را مختل می کند."

به طور گسترده تر، این اصل می تواند فراتر از ویروس ها باشد. خودآرایی برای زیست شناسی اساسی است و ساختارهایی را از اسکلت سلولی گرفته تا محفظه های مولکولی و مجتمع های پروتئینی را پشتیبانی می کند. محققان می گویند رویکرد آنها راهی برای بررسی این فرآیندها یک مولکول در یک زمان فراهم می کند.

فیلیپ کوکورا، مشاهده در سطح مولکولی از خودآرایی یک ذره ویروس مانند، طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10948-z. www.nature.com/articles/s41586-026-10948-z

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 →