کمک زیست شناسی ساختاری در یافتن داروی کرونا ویروس

تصویر: ارائه شده توسط مؤسسات ملی بهداشت
 
دانشمندان در تلاش هستند تا برای درمان  COVID-19، بیماری‌ای که جان میلیون‌ها نفر را در سراسر جهان تهدید می‌کنند، مطالعه کنند. در این راه آنها در حال مطالعه هر کدام از کرونا ویروس‌های SARS-CoV-2 که باعث ایجاد این بیماری می‌شوند، هستند.
 
یک قدم مهم، درک دقیق شکل و ساختار ویروس در سطح مولکولی است. دانستن شکل به دانشمندان این امکان را می‌دهد تا اهداف را شناسایی کرده و داروهایی را برای ضربه زدن به آنها طراحی کنند.
 
این روش برای ایجاد داروهای ضد آنفلوانزا به نام‌های اسلتامیویر و زانامیویر (تامیفلو و رلنزا) و دیگر داروها مورد استفاده قرار گرفت. همچنین نوید بخشی خوبی برای کرونا ویروس جدید نشان می‌دهد.
 

برای درمان COVID-19 چه کاری در حال انجام است؟

در حال حاضر، دانشمندان و پزشکان در حال بررسی مصرف داروهای موجود مانند کلروکین هستند که به عنوان ضد مالاریا و برای درمان اختلالات خود ایمنی و به عنوان داروی ضد ویروسی استفاده می‌شود. (علیرغم آنچه ممکن است بخوانید یا بشنوید، هیچ کدام از این روش‌ها درمان COVID-19 را تأیید نکرده اند و نباید بدون راهنمایی‌های پزشکی انجام شوند.)
 
بسیاری از شرکت‌های دارو سازی همچنین بر اساس آنتی بادی‌های تولید شده در افرادی که قبلاً به این ویروس آلوده شده و بهبود یافته‌اند، به دنبال روش‌های درمانی هستند.
 
چندین تلاش برای ایجاد واکسن نیز وجود دارد که می‌تواند به افراد سالم داده شود تا آنها را در امان نگه دارد. روش‌های مختلفی در بازی وجود دارد، از جمله استفاده از مواد ژنتیکی یا پروتئین‌های ویروسی مصنوعی برای یافتن مواردی که به سیستم ایمنی بدن ما می‌آموزند که دفاع مؤ‌ثری را در برابر ویروس تدارک ببیند.
 
آزمایش‌های انسانی در مورد برخی از این داروها و واکسن‌های آزمایشی در حال انجام است و زمان به شما می‌گوید که به کار می‌آیند یا نه. اما تقریباً مطمئناً، یک استراتژی مؤثر در دراز مدت همچنین به سرمایه گذاری پژوهشی قابل توجهی نیاز دارد تا بتواند به درمان‌های جدیدی بپردازد که به طور خاص برای ویروس SARS-CoV-2 در نظر گرفته شده‌اند.
 
اما چگونه می توانید بدون این که بدانید هدف شما چگونه است، درمان‌های جدیدی طراحی کنید؟
 

چرا زیست شناسی ساختاری؟

اگر می‌خواهید کلید قفلی را طراحی کنید، اگر بدانید قفل شبیه چیست، کار بسیار ساده‌تر خواهد بود. به همان روش، برای طراحی درمان‎های هدفمند ، مهم است که بدانید هدف از نظر ظاهری چگونه است.
 
در ویروس SARS-CoV-2 اهداف، مواد ژنتیکی و پروتئین‌های آن هستند. این مولکول‌ها به ویروس اجازه می‌دهند تا به انسان حمله کنند و چندین نسخه از خود بسازند.
 
زیست شناسی ساختاری یک حوزه علمی است که به ما امکان می‌دهد فراتر از آنچه که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است، ببینیم، تا بتوانیم مولکول‌هایی با ابعاد نانوسکوپی مانندDNA ، RNA  و پروتئین‌ها را ببینیم. در حال حاضر روش‌های زیست شناسی ساختاری نظیر کریستالوگرافی اشعه ایکس و کریو الکترون میکروسکوپی با گام‌هایی سریع برای تجسم اجزای مولکولی ویروس مورد استفاده قرار می‌گیرند.
 
طی چند هفته از زمانی که توالی ژنتیکی SARS-CoV-2 در دسترس قرار گرفت، زیست شناسان ساختاری از این تکنیک‌ها برای دیدن پروتئین‌هایی که ویروس SARS-CoV-2 را تشکیل می‌دهند استفاده کرده‌اند.
 
برخی از این پروتئین‌ها شامل پروتئین "میخی" است، که پروتئینی است که به ویروس کمک می‌کند تا وارد میزبان و آنزیم‌هایی شود که تکثیر ویروس را ممکن می‌سازند از جمله پروتئاز اصلی، که یک هدف جذاب برای تولید دارو را فراهم می‌کند. ماشین آلات مولکولی داخلی ویروس SARS-CoV-2 به تازگی آشکار شده است و چیزهای بیشتری برای کشف در آینده وجود دارد.
 

زیست شناسی ساختاری چگونه به تحقیقات COVID-19 کمک می‌کند؟

 تصویر: آنزیم پروتئاز اصلی  coronavirus SARS-CoV-2، با یک مولکول شیمیایی کوچک بنفش. اونیشا پاتل، نویسنده، ارائه داد.
 
دانشمندان از داده‌های زیست شناسی ساختاری برای جستجوی ویژگی‌های خاص در پروتئین های ویروسی استفاده می‌کنند. یکی از این ویژگی‌ها یک حفره یا فضایی است که یک مولکول شیمیایی کوچک (یک داروی بالقوه) در آن قرار می‌گیرد.
 
محققان پس از شناسایی، روی مولکول کار می‌کنند تا تناسب آن را با بدن بهبود بخشند تا به عنوان یک دارو بهتر عمل کند. سرانجام ممکن است مولکول شیمیایی به اندازه کافی محکم فیت شود که پروتئین ویروسی را از انجام کار خود متوقف کند، دقیقاً مانند آچاری پرتاب شده به میان مجموعه‌ای از چرخ دنده‌های درگیر در حال چرخش.
 
این رویکرد برای طراحی داروهای جدید و هدفمند "طراحی دارویی مبتنی بر ساختار" نامیده می‌شود. این کارآمدتر، دقیق‌تر و صرفه جوتر در وقت است. در گذشته از این داروها برای ایجاد داروهای ضد ویروسی مانند اوسلتامیویر (تامیفلو) و زانامیویر (رلنزا (استفاده شده است که ویروس آنفولانزا را هدف قرار می‌دهند.
 
دانشمندان اکنون از این روش برای کشف داروهای ضد SARS-CoV-2 استفاده می‌کنند. زیست شناسی ساختاری یک حوزه علمی است که به ما امکان می‌دهد فراتر از آنچه که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است، ببینیم، تا بتوانیم مولکول‌هایی با ابعاد نانوسکوپی مانندDNA ، RNA  و پروتئین‌ها را ببینیم. برای طراحی واکسن و توسعه روش‌های درمانی، دانستن این که پروتئین "میخی" SARS-CoV-2 چگونه به نظر می‌رسد یک پیشرفت بزرگ است. دانشمندان در حال حاضر قصد دارند از نسخه تثبیت شده این پروتئین برای غربالگری آنتی بادی از افرادی که از عفونت   COVID-19 بهبود یافته اند، استفاده کنند.
 

داده‌های زیست شناسی ساختاری کجا به اشتراک گذاشته می‌شود؟

روباتیک مدرن، ابزار دقیق‌تر، جمع آوری سریع‌تر داده‌ها، محاسبات بهتر و نرم افزار باعث شده است که در سرعت دسترسی به اطلاعات زیست شناسی ساختاری تحول وجود آید. این حتی پنج سال پیش ممکن نبود.
 
داده‌های ساختاری جمع آوری شده در بانک داده پروتئین  (PDB) و بانک داده میکروسکوپی الکترونی (EMDB) ، مخزن‌های دسترسی باز آنلاین که این داده‌ها را به صورت رایگان در سراسر جهان در دسترس قرار می‌دهند، واریز می‌شوند. این سیاست دسترسی آزاد این امکان را برای دانشمندان در سطح جهان فراهم می‌آورد که به برخی از جالب‌ترین سؤالات مربوط به زیست شناسی SARS-CoV-2 پاسخ دهند و بهترین راه‌ها برای طراحی درمان‌های جدید را بیابند.
 
چه برای داروهای جدید و چه برای واکسن‌ها، زیست شناسی ساختاری در خط مقدم است تا مکانیسم ماشین‌های مولکولی از ویروس‌ها به انسان را بفهمد.
 
منبع: اونیشا پاتل، ایزابل لوست، میخائیل روی - Walter and Eliza Hall Institute