in ,

غلاف سكري ينتجه فايروس كورونا لاخفاء نفسه من الاجسام المضادة له

يستخدم الفيروس التاجي طبقة سكرية من الجزيئات تسمى جليكان (الأزرق العميق) لتمويه نفسها على أنها غير ضارة من الأجسام المضادة المدافعة. كشفت عمليات المحاكاة التي أجراها مختبر Amaro في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو على جهاز الكمبيوتر العملاق Frontera الممول من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) في مركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC) عن التركيب الذري للدرع السكرية للفيروس التاجي. ما هو أكثر من ذلك ، تظهر المحاكاة والنمذجة أن الجليكان يهيئ أيضًا الفيروس التاجي للعدوى عن طريق تغيير شكل بروتينه المرتفع. يأمل العلماء أن يضيف هذا البحث الأساسي إلى ترسانة المعرفة اللازمة لهزيمة فيروس COVID-19. من حساب : Lorenzo Casalino (UCSD) et al.

يقولون أنه لا يمكنك الحكم على كتاب من غلافه. لكن جهاز المناعة البشري يفعل ذلك عندما يتعلق الأمر بالعثور على الميكروبات الضارة ومهاجمتها مثل الفيروس التاجي. يعتمد على القدرة على التعرف على المتسللين وتوليد الأجسام المضادة لتدميرها. لسوء الحظ ، يستخدم الفيروس التاجي طبقة سكرية من الجزيئات تسمى جلايكان لتمويه نفسها على أنها غير ضارة من الأجسام المضادة المدافعة.

كشفت عمليات المحاكاة التي أجريت على الحاسوب العملاق Frontera الممول من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) في مركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC) عن التركيب الذري للدرع السكرية للفيروس التاجي. ما هو أكثر من ذلك ، تظهر المحاكاة والنمذجة أن الجليكان يهيئ أيضًا الفيروس التاجي للعدوى عن طريق تغيير شكل بروتينه المرتفع. يأمل العلماء أن يضيف هذا البحث الأساسي إلى ترسانة المعرفة اللازمة لهزيمة فيروس COVID-19.

تغلف الجزيئات الشبيهة بالسكر والتي تسمى الجلايكان كل بروتين من بروتينات ال 65 الغريبة التي تغلف الفيروس التاجي. يمثل الجليكان حوالي 40 في المائة من بروتين السنبلة بالوزن. تعتبر بروتينات السنبلة حاسمة لعدوى الخلايا لأنها تقفل على سطح الخلية ، مما يعطي الفيروس دخول الخلية.

قالت رومي أمارو ، أستاذ الكيمياء والكيمياء الحيوية في جامعة كاليفورنيا في سان دييجو: “إنك حقًا ترى مدى فعالية درع الجليكان”. وقالت ايضا  “هذا لأنك ترى الجليكان يغطي سطح بروتين بارتفاع الفيروس ، وهو الجزء الأكثر تعرضًا والجزء المسؤول عن العدوى الأولية في الخلية البشرية”.

أمارو هي مؤلفة  لدراسة نشرت في 12 يونيو 2020 على bioRxiv.orgموقع يستطيع اي شخص من الوصول الى الطبعات الإلكترونية المسبقة – اكتشف دورًا هيكليًا محتملاً للجليكانات الواقية التي تغطي بروتين ارتفاع السارس CoV-2. وقالت أمارو: “يمكنك أن ترى بوضوح شديد أنه من التركيبة المفتوحة ، يجب أن يخضع بروتين السنبلة لتغيير هيكلي كبير للوصول فعليًا إلى الخلية البشرية”.

ولكن حتى لإجراء اتصال أولي ، قال امارو  إن إحدى قطع بروتين السنبلة في مجال ربط المستقبلات يجب أن ترفع. وأوضح : “عندما يرتفع مجال الارتباط بالمستقبلات إلى التركيبة المفتوحة ، فإنه يرفع في الواقع الأجزاء المهمة من البروتين فوق الدرع الجليكان”.

هذا على النقيض من التشكيل المغلق ، حيث يغطي الدرع بروتين السنبلة. وقالت “إن تحليلنا يعطي سببًا محتملاً لضرورة خضوعه لهذه التغييرات المطابقة ، لأنه إذا بقي فقط في الموضع السفلي ، فسوف يقوم هؤلاء الغليكان في الأساس بمنع الارتباط من الحدوث بالفعل”.

أظهر جانب آخر من دراستهم كيف أن التحولات في مطابقة الجليكان تسببت في تغييرات في بنية البروتين بالارتفاع. قالت أمارو: “الشيء الوحيد الذي قفز إلينا حقًا هو أنه في التركيبة المفتوحة هناك نوعان من الجليكان يدعمان البروتين بشكل أساسي في تلك التركيبة المفتوحة”.

اضافت “كان من المدهش حقًا رؤيتها. إنها إحدى النتائج الرئيسية لدراستنا. وتشير إلى أن دور الجليكان في هذه الحالة يتجاوز التدريع إلى احتمال إشراك هذه المجموعات الكيميائية في ديناميكيات بروتين السنبلة”.

شبهت عمل الغليكان بسحب زناد البندقية. قال أمارو: “عندما يرتفع هذا الجزء ، يكون الإصبع على زناد آلة العدوى. عندها يكون في أخطر وضع – يتم قفله وتحميله”. “عندما تصل الأمور إلى هذا الحد ، كل ما عليها فعله هو مواجهة مستقبلات ACE2 في الخلية البشرية ، ومن ثم ستلتزم بشدة فائقة وتكون الخلية مصابة بالعدوى.”

تم تصنيف الكمبيوتر الخارق Frontera الممول من NSF من مركز الحوسبة المتقدمة في تكساس في UT Austin في المرتبة رقم 5 الأسرع في العالم و # 1 للأنظمة الأكاديمية ، وفقًا لتصنيفات Top500 في نوفمبر 2019. من حساب : TACC

تستخدم أمارو وزملاؤها الأساليب الحسابية لبناء نماذج تركز على البيانات لفيروس سارس – CoV – 2 ، ثم تستخدم المحاكاة الحاسوبية لاستكشاف أسئلة علمية مختلفة حول الفيروس.

بدأوا بمجموعات بيانات تجريبية مختلفة كشفت عن بنية الفيروس. وشمل ذلك الهياكل المبردة من مختبر جيسون ماكليلان بجامعة تكساس في أوستن. ومن مختبر ديفيد فيسلر في جامعة واشنطن. وقال أمارو: “إن هياكلها مدهشة حقًا لأنها تعطي الباحثين صورة لما تبدو عليه هذه الآلات الجزيئية المهمة بالفعل”.

لسوء الحظ ، حتى أقوى المجاهر على الأرض لا تزال لا تستطيع حل حركة البروتين على المستوى الذري. وقالت أمارو: “ما نفعله مع أجهزة الكمبيوتر هو أننا نأخذ البيانات الجميلة والرائعة والمهمة التي تقدمها لنا ، ولكننا نستخدم بعد ذلك أساليب لبناء أجزاء مفقودة من المعلومات”.

ما هو أكثر من ذلك ، أن تفاصيل التدريع الغليكان كانت صعبة للغاية بحيث يتعذر على التجارب حلها. وقالت أمارو: “ما يريد الناس حقًا معرفته ، على سبيل المثال مطوري اللقاحات ومطوري الأدوية ، هو نقاط الضعف الموجودة في هذا الدرع”.

سمحت المحاكاة الحاسوبية لامارو وزملائها بإنشاء صورة متماسكة لبروتين السنبلة الذي يتضمن الجليكان. قال أمارو: “إن سبب أهمية موارد الكمبيوتر في TACC هو أننا لا نستطيع أن نفهم كيف تبدو هذه الجليكان إذا لم نستخدم المحاكاة”.

تم منح أمارو وقت الحوسبة على الكمبيوتر العملاق Frontera الممول من NSF من TACC. استخدم فريقها حوالي 2.3 مليون ساعة عقدة لمحاكاة ونمذجة الديناميكيات الجزيئية ، والأكثر بين أي باحثين يستخدمون النظام لدراسة COVID-19. استخدمت ما يصل إلى 4000 عقدة ، أو حوالي 250000 نواة معالجة. تُصنف فرونتيرا – نظام الطبقة القيادية في منظومة البنية التحتية للبنية التحتية في NSF – خامس أقوى حاسوب عملاق في العالم وأسرع نظام أكاديمي ، وفقًا لتصنيفات شهر نوفمبر 2019 لمنظمة Top500.

قالت أمارو إنه من أجل تحريك ديناميكيات نظام الذرة البالغ 1.7 مليون قيد الدراسة ، كانت هناك حاجة إلى الكثير من القدرة الحاسوبية. “لقد كان فرونتيرا رائعًا حقًا ، لأننا نحتاج إلى اختبار ديناميكيات طويلة نسبيًا ، من ميكروثانية إلى ملى ثانية ، لنفهم كيف يعمل هذا البروتين بالفعل.”

قالت أمارو: “لقد تمكنا من القيام بذلك مع Frontera و COVID-19 HPC Consortium”. “نحاول الآن مشاركة بياناتنا مع أكبر عدد ممكن من الأشخاص ، لأن الناس يريدون فهمًا ديناميكيًا لما يحدث – ليس فقط مع المجموعات الأكاديمية الأخرى ولكن أيضًا مع شركات الأدوية والتكنولوجيا الحيوية المختلفة التي تجري تطوير الأجسام المضادة المحايدة”.

وأوضحت أمارو أن الأبحاث الأساسية تحدث فرقا في كسب الحرب ضد فيروس سارس – CoV – 2. وأضافت: “كلما عرفنا أكثر عن ذلك ، كلما زادت قدراتنا التي سنتمكن من تحقيقها وربما نأخذها”.

قالت أمارو: “من الأهمية بمكان أن نتعلم قدر المستطاع حول الفيروس. وبعد ذلك نأمل أن نتمكن من ترجمة هذه التفاهمات إلى أشياء ستكون مفيدة إما في العيادة أو في الشوارع ، على سبيل المثال إذا كنا في محاولة للحد من انتقال ما نعرفه الآن عن الهباء الجوي وارتداء الأقنعة. كل هذه الأشياء ستكون جزءًا منها. البحوث الأساسية لها دور كبير تلعبه في الحرب ضد COVID-19. ويسعدني أن أكون جزءًا من انها قوة لدينا فرونتيرا و TACC في ترسانتنا “.

نُشرت الدراسة بعنوان “التدريع وما بعده: أدوار الغليكان في بروتين سبايك بروتين سارس- 2” على bioRxiv.org في 12 يونيو 2020. مؤلفو الدراسة هم لورنزو كاسالينو  و زد جايب و ابجل دومر و رومي أمارو من قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية ، جامعة كاليفورنيا ، سان دييغو ، لا جولا ، كاليفورنيا ؛ و Aoife M Harbison ، كارل فوجارتي ، اليسا فادا  من قسم الكيمياء ومعهد هاميلتون ، جامعة ماينوث ، دبلن ، أيرلندا. تم دعم هذا العمل من قبل NIH GM132826 ، NSF RAPID MCB-2032054 ، وهي جائزة من RCSA Research Corp. ، ومنحة البذور لمركز السرطان بجامعة كاليفورنيا سان دييغو مور 2020 SARS-COV-2 ، واتحاد الخلايا الجزيئية المرئية ، ومجلس البحوث الأيرلندي .

لمزيد من المعلومات :

  •  Lorenzo Casalino et al. Shielding and Beyond: The Roles of Glycans in SARS-CoV-2 Spike Protein, bioRxiv (2020). من هنا

What do you think?

Comments

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Loading…

0

اختبار عن شخصيتك يشرح كيف قد ترى الاشياء لأول مرة

اكتشاف أقدم تقنيات القوس والسهم في أوراسيا