بر اساس مطالعه‌ای که امروز در ای‌لایف (elife) منتشر شد، دانشمندان انتقال ساختار پروتئین اسپایک ویروس SARS-CoV-2 را، از زمانی که سلول میزبان را تشخیص می‌دهد تا زمانی که وارد آن می‌شود، شبیه سازی کرده‌اند.

این تحقیق نشان می‌دهد مولکول‌های قند روی پروتئین اسپایک، ترکیبی را فعال می‌کنند که می تواند برای ورود به سلول ضروری باشد و اختلال در این ترکیب می تواند به عنوان یک استراتژی برای متوقف شدن انتقال ویروس صورت گیرد.

بخش ضروری چرخه حیات ویروس SARS-CoV-2، توانایی اتصال آن به سلول‌های میزبان و انتقال مواد ژنتیکی خود‌ به آن است. این را از طریق پروتئین اسپایک خود به دست می‌آورد که از سه بخش مجزا ساخته شده است-یک بخش تراغشایی که پروتئین اسپایک را روی ویروس قلاب می‌کند و دو زیرواحد S (S1 و S2) در بخش خارجی ویروس. برای آلوده کردن سلول‌های انسانی، زیر واحد S1 به مولکولی در سطح سلول‌های انسانی موسوم به ACE2 متصل می‌شود و زیر واحد S2 غشای سلولی ویروس و انسان را ابتدا جدا کرده و سپس با هم ادغام می‌کند. اگرچه این فرایند شناخته شده است، ترتیب دقیق وقوع آن هنوز کشف نشده است. با این حال، درک حرکات سریع و مقیاس کوچک این ساختارهای پروتئینی می‌تواند اهداف قابل دسترسی را برای درمان کووید-19 نشان دهد.

خوزه اونوویچ (José N. Onuchic)، یکی از همکاران درتالیف این مقاله، استاد فیزیک در دانشگاه رایس هوستون در ایالات متحده و عضو هیات مدیره در مرکز فیزیک زیستی تئوریک، توضیح می‌دهد: «اکثر درمان‌ها و واکسن‌های فعلی برای SARS-CoV-2، بر روی مرحله تشخیص ACE2 توسط ویروس مهاجم متمرکز شده است، اما یک استراتژی جایگزین این است که تغییرات ساختاری که به ویروس اجازه می‌دهد با سلول میزبان انسان ادغام شود، را هدف قرار دهیم. اما بررسی این ساختارهای میانی و موقت به صورت تجربی بسیار دشوار است و بنابراین ما از یک شبیه‌سازی کامپیوتری که به اندازه کافی ساده شده برای بررسی این سیستم بزرگ استفاده کردیم، مبنی بر این که جزئیات فیزیکی مطلوب را نگه می‌دارد تا پویایی زیر واحد S2 هنگام انتقال در حالت قبل از ادغام و بعد از آن، ثبت شود.»

این تیم به طور بخصوصی به نقش مولکول‌های قند روی پروتئین‌های اسپایک که گلیکان نامیده می‌شوند، علاقه‌مند بودند. آنها برای مشاهده اینکه آیا تعداد ، نوع و موقعیت گلیکان‌ها در مرحله ادغام غشای سلولی ویروس مهاجم با واسطه‌گری این ساختارهای اسپایک میانی، نقش دارند یا نه، هزاران شبیه‌سازی را با استفاده از یک مدل اصطلاحاً مبتنی بر ساختار تمام اتمی (all-atom structure-based) انجام دادند. چنین مدل‌هایی امکان پیش‌بینی مسیر اتم‌ها را در طول زمان با در نظر گرفتن نیروهای فضایی فراهم می‌کند-یعنی چگونه اتم‌های همسایه بر حرکت یکدیگر تأثیر می‌گذارند.

شبیه‌سازی‌ها نشان داد که گلیکان‌ها یک حالت “قفس” تشکیل می‌دهند که سرِ زیر واحد S2 را به دام می‌اندازد به این دلیل که بین زمان جدا شدن زیرواحد S1 و زمانی که غشای ویروسی و سلول میزبان ادغام می‌شوند، به صورت میانی توقف ایجاد کند. هنگامی که گلیکان‌ها وجود نداشتند ، زیر واحد S2 زمان بسیار کمتری را در این ترکیب صرف می‌کرد.

همچنین شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که قرار گرفتن سر S2 در یک موقعیت خاص، به زیرواحد S2 کمک می‌کند تا با ارائه پروتئین‌های کوتاهی از ویروس به نام پپتیدهای ادغامی، سلول‌های میزبان انسان را جذب کرده و با غشای آن‌ها ادغام شود. در واقع گلیکوزیلاسیون S2 به طور قابل توجهی احتمال ارائه یک پپتید ادغامی به غشا سلول میزبان را افزایش می‌دهد، در حالی که در صورت عدم وجود گلیکان‌ها تنها احتمال کمی وجود داشت که این اتفاق بیفتد .

پل سی ویتفورد (Paul C.Whitford)، از همکاران مولف، دانشیار مرکز فیزیک زیستی تئوریک و گروه فیزیک دانشگاه شمال شرقی بوستون در ایالات متحده، می‌گوید: «شبیه‌سازی‌های ما نشان می‌دهد که گلیکان‌ها می‌توانند در طول انتقال پروتئین اسپایک وقفه‌ای ایجاد کنند. این یک فرصت حیاتی را برای پپتیدهای ادغامی جهت جذب سلول میزبان فراهم می‌کند. احتمالاً در غیاب گلیکان‌ها، ذره ویروسی نمی‌تواند وارد سلول میزبان شود. مطالعه ما نشان می‌دهد که چگونه قندها می توانند عفونت را کنترل کنند و مبنایی را برای بررسی تجربی عواملی فراهم می کنند که بر پویایی این عامل بیماریزای کشنده و فراگیر اثرگذار است.»

ترجمه: ستایش بصیری

منبع