ویروس هایی مانند آنفولانزای A و ابولا در چند مرحله به سلول های انسان حمله می کنند. در یک رویکرد میان رشته‌ای، تیم‌های تحقیقاتی از دانشگاه هایدلبرگ و بیمارستان دانشگاه هایدلبرگ با استفاده از توموگرافی الکترونی و شبیه‌سازی کامپیوتری، مراحل نهایی نفوذ ویروس را بررسی کردند. در مورد آنفلوانزای A، آنها توانستند تعیین کنند که چگونه سیستم ایمنی با استفاده از یک پروتئین کوچک با ویروس مبارزه می کند. برای ویروس‌های ابولا، آنها کشف کردند که یک ساختار پروتئینی خاص باید جدا شود تا عفونت ایجاد شود. به اصطلاح منافذ همجوشی، که از طریق آنها ژنوم ویروسی به داخل سلول میزبان آزاد می شود، نقش اصلی را در این فرآیندها بازی می کنند. اگر بتوان از تشکیل آنها جلوگیری کرد، ویروس نیز مسدود می شود. دانشمندان هایدلبرگ مکانیسم های ناشناخته قبلی را توصیف می کنند که ممکن است به رویکردهای جدیدی برای جلوگیری از عفونت منجر شود.
بسیاری از ویروس‌هایی که انسان را آلوده می‌کنند با یک غشای لیپیدی پوشیده شده‌اند که دارای گلیکوپروتئین‌هایی است که می‌تواند با سلول‌های انسان متصل شود. در ویروس‌هایی مانند آنفولانزای A که از طریق دستگاه تنفسی وارد می‌شوند، این پروتئین‌های سنبله‌ای هستند که عمدتاً به سلول‌های اپیتلیال در بینی و ریه‌ها متصل می‌شوند. در مقابل، ویروس ابولا بسیار عفونی از طریق تماس مستقیم با مایعات بدن آلوده پخش می‌شود و می‌تواند به طیف وسیعی از انواع سلول‌ها نفوذ کند. پس از حمله به سلول های انسانی، این ویروس ها باید یک منفذ همجوشی بین غشای ویروس و غشای میزبان باز کنند تا ژنوم خود را در سلول میزبان آزاد کرده و تکثیر کنند.
برای مبارزه با ویروس، سیستم ایمنی انسان تلاش می‌کند تا در یک فرآیند چند مرحله‌ای از تشکیل منافذ همجوشی جلوگیری کند. سلول های آلوده حضور ژنوم خارجی را حس می کنند و سیگنالی را به شکل یک مولکول اینترفرون به سلول های هنوز آلوده نشده ارسال می کنند. این سیگنال سلول های غیر آلوده را تحریک می کند تا پروتئین سلولی کوچکی به نام پروتئین غشایی 3 القا شده با اینترفرون (IFITM3) تولید کنند.
دکتر پتر کلاندا، ویروس شناس، که گروه کاری او متعلق به مرکز BioQuant دانشگاه هایدلبرگ است، می گوید: «این پروتئین تخصصی می تواند به طور مؤثری از نفوذ ویروس هایی مانند آنفولانزای A، SARS-CoV-2 و ابولا جلوگیری کند، اما مکانیسم های اساسی ناشناخته بودند. مرکز تحقیقات یکپارچه بیماری های عفونی بیمارستان دانشگاه هایدلبرگ. محققان اکنون توانستند نشان دهند که برای ویروس های آنفولانزای A، IFITM3 به طور انتخابی لیپیدهای غشاء را به صورت محلی مرتب می کند. این از تشکیل منافذ همجوشی جلوگیری می کند.
ویروس ها به معنای واقعی کلمه در یک تله چربی دستگیر می شوند. تحقیقات ما نشان می دهد که آنها در نهایت نابود شده اند.”
دکتر پتر کلاندا، ویروس شناس
برای تجزیه و تحلیل جزئیات ساختاری ویروس ها، دکتر Chlanda و تیمش از تجهیزات شبکه میکروسکوپ کریو الکترونی در Ruperto Carola استفاده کردند. در یک رویکرد میان رشته ای، گروه های تحقیقاتی به رهبری پروفسور دکتر اولریش شوارتز از BioQuant-Center و موسسه فیزیک نظری به همراه پروفسور دکتر والتر نیکل از مرکز بیوشیمی دانشگاه هایدلبرگ این فرآیند را با کمک شبیه سازی های کامپیوتری پیش بینی کردند. در زمینه درمان ضد ویروسی، محققان بر این باورند که امکان توسعه پپتیدهای مرتب‌سازی لیپید وجود دارد که خود را به غشای ویروس وارد می‌کنند و ویروس‌ها را قادر به همجوشی غشایی نمی‌کنند. پتر چلاندا می‌گوید: «مثلاً می‌توان از چنین پپتیدهایی در اسپری بینی استفاده کرد.
در مطالعه دوم، محققان هایدلبرگ نفوذ و همجوشی ویروس ابولا را بررسی کردند. مورفولوژی رشته ای ویروس توسط یک پوشش پروتئینی انعطاف پذیر به نام لایه پروتئین ماتریکس VP40 تعیین می شود. دکتر Chlanda می‌گوید: «همیشه ما را متحیر کرده است که چگونه این ویروس طولانی می‌تواند به سلول نفوذ کند، با غشاء ترکیب شود و ژنوم آن را آزاد کند. محققان با استفاده از تجزیه و تحلیل ساختاری سلول‌های آلوده اما غیرفعال ارائه شده توسط همکاران موسسه Friedrich Loeffler در گریفسوالد، دریافتند که پوشش پروتئین ویروس در pH پایین، یعنی در یک محیط اسیدی، از هم جدا می‌شود. همانطور که شبیه سازی های کامپیوتری بیشتر توسط پروفسور شوارتز و پروفسور نیکل نشان داد این مرحله برای تشکیل منافذ همجوشی تعیین کننده نیست. در طی این فرآیند، برهمکنش های الکترواستاتیکی ماتریس VP40 با غشاء ضعیف شده و در نتیجه مانع انرژی تشکیل منافذ کاهش می یابد. نتایج تحقیقات پایه هایدلبرگ نشان می‌دهد که مسدود کردن جداسازی این لایه یکی از راه‌های حفظ ویروس ابولا در حالتی است که اجازه تشکیل منافذ همجوشی را نمی‌دهد. مشابه ویروس آنفولانزای A، ویروس ابولا سپس به دامی کشیده می شود که نمی تواند از آن فرار کند.
این مطالعات بخشی از مرکز تحقیقات مشترک “تجزیه و تحلیل یکپارچه تکثیر و گسترش پاتوژن” (CRC 1129) بود که توسط بنیاد تحقیقات آلمان تامین مالی شد. نتایج تحقیق در هر دو “Cell Host & Microbe” و همچنین منتشر شد مجله EMBO.
منبع:
مراجع مجله: