کشف راه جدیدی برای غیرفعال کردن ویروس‌ها

اینگونه درک شده است که آنتی بادی‌ها یا همان پادتن‌ها، ویروس‌ها را با چسبیدن به سطوح آن‌ها خنثی می‌کنند و آن‌ها را از آلوده کردن سلول‌های میزبان بازمی‌دارند، اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد که این روش تنها راهی نیست که آنتی بادی‌ها ویروس‌ها را از کار می‌اندازند.

یک تیم بین‌المللی از محققان به رهبری دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا یا پن استیت (Penn State) کشف کرده‌اند که آنتی‌بادی‌ها همچنین ویروس‌ها را از شکل طبیعی‌شان خارج می‌کنند و در نتیجه از اتصال و ورود آن‌ها به سلول‌ها جلوگیری می‌کنند.

گانش آناند دانشیار شیمی در دانشگاه پن استیت می‌گوید: همه آنتی‌بادی‌ها را به عنوان عاملی که به ویروس‌ها متصل می‌شود و از ورود ویروس‌ها به سلول‌ها ممانعت می‌کند و اساساً آن‌ها را قفل می‌کنند، تصور می‌کنند، اما تحقیقات ما برای اولین بار نشان می‌دهد که آنتی‌بادی‌ها ممکن است از نظر فیزیکی ویروس‌ها را نیز کج کنند و از حالت طبیعی خارج کنند، بنابراین ویروس‌ها نمی‌توانند به درستی به سلول‌های میزبان متصل شوند و آن‌ها را آلوده کنند.

آناند و همکارانش در مطالعه خود که به تازگی در مجله Cell منتشر شده است، تعاملات بین آنتی‌بادی مونوکلونال انسانی (HMAb) C ۱۰ و دو ویروس عامل بیماری زیکا و تب دنگی را بررسی کردند. این آنتی‌بادی‌ها که محققان از آن‌ها استفاده می‌کردند، قبلاً از بیماران آلوده به ویروس "دنگی" جدا شده بود و همچنین نشان داده شده بود که ویروس زیکا را خنثی می‌کند.

محققان از ترکیبی از تکنیک‌ها از جمله میکروسکوپ الکترونی برودتی (cryo-EM) برای به تصویر کشیدن ویروس‌ها و طیف‌سنجی جرمی تبادل هیدروژن/دوتریوم (HDXMS) برای درک حرکت آن‌ها استفاده کردند.

میکروسکوپ الکترونی برودتی شامل انجماد فوری محلول حاوی مولکول‌های مورد نظر و سپس هدف قرار دادن آن‌ها با الکترون‌ها برای تولید تصاویر متعدد از مولکول‌های منفرد در جهت‌های مختلف است. سپس این تصاویر در یک عکس فوری از ظاهر مولکول ادغام می‌شوند. این تکنیک تصاویر بسیار دقیق‌تری از مولکول‌ها را نسبت به سایر اشکال میکروسکوپی ارائه می‌دهد.

برای مستندسازی اثرات آنتی‌بادی‌ها بر روی ویروس‌های زیکا و دنگی، این تیم عکس‌های فوری گرفته شده توسط میکروسکوپ الکترونی برودتی از ویروس‌ها را در شرایط افزایش غلظت آنتی‌بادی‌ها جمع‌آوری کردند.

محققان به موازات آن، از طیف‌سنجی جرمی تبادل هیدروژن/دوتریوم استفاده کردند؛ تکنیکی که در آن مولکول‌های مورد نظر که در این مورد ویروس زیکا و دنگی هستند، همراه با آنتی‌بادی‌های HMAb C ۱۰ در آب سنگین غوطه‌ور می‌شوند. در آب سنگین، اتم‌های هیدروژن با دوتریوم، همزاد ایزوتوپی سنگین‌تر هیدروژن، جایگزین شده است.

وقتی یک ویروس را در آب سنگین غوطه‌ور می‌کنید، اتم‌های هیدروژن روی سطح ویروس با دوتریوم تبادل می‌کنند. سپس می‌توانید از طیف‌سنجی جرمی برای اندازه‌گیری سنگینی ویروس به عنوان تابعی از این تبادل دوتریوم استفاده کنید. ما با انجام این کار مشاهده کردیم که ویروس دنگی و نه ویروس زیکا، با دوتریوم سنگین‌تر شد، زیرا آنتی‌بادی‌های بیشتری به محلول اضافه شد. این نشان می‌دهد که برای ویروس دنگی، آنتی‌بادی‌ها ویروس را تغییر شکل می‌دهند و اجازه می‌دهند دوتریوم بیشتری وارد آن شود. گویی ویروس در حال فشرده شدن است و سطح بیشتری در معرض دید قرار می‌گیرد که می‌توان هیدروژن را با دوتریوم مبادله کرد.

در مقابل، ویروس زیکا وقتی در آب سنگین قرار می‌گیرد، سنگین‌تر نمی‌شود و این نشان می‌دهد که سطح آن، در حالی که کاملاً توسط آنتی‌بادی‌ها اشغال شده است، توسط آنتی‌بادی‌ها تغییر شکل داده نمی‌شود.

این تیم با ترکیب میکروسکوپ الکترونی برودتی (cryo-EM) و طیف‌سنجی جرمی تبادل هیدروژن/دوتریوم (HDXMS) توانسته است تصویر جامعی از آنچه هنگام چسبیدن آنتی‌بادی‌ها به ویروس‌های زیکا و دنگی اتفاق می‌افتد، به دست آورد.

این مثل آن کتاب‌های کارتونی است که هر صفحه تصویر کمی متفاوت دارد و وقتی کتاب را به سرعت ورق می‌زنید، تصاویر را مانند یک فیلم کوتاه می‌بینید. برای مثال یک کتاب حاوی نقاشی‌های یک اسب مسابقه را تصور کنید. میکروسکوپ الکترونی برودتی به شما نشان می‌دهد که اسب مسابقه چگونه به نظر می‌رسد و طیف‌سنجی جرمی تبادل هیدروژن/دوتریوم به شما سرعت حرکت اسب مسابقه را نشان می‌دهد. برای اینکه بتوانید یک اسب مسابقه را در حال حرکت توصیف کنید به هر دو تکنیک نیاز دارید. این مجموعه مکمل از ابزار‌ها ما را قادر می‌سازد تا بفهمیم چگونه یک نوع آنتی بادی به طور متفاوت بر دو نوع ویروس تأثیر می‌گذارد.

این واقعیت که هرچه آنتی‌بادی‌های بیشتری اضافه می‌کنند، ذرات ویروس دنگی بیشتر تغییر شکل می‌یابند، نشان می‌دهد که "استوکیومتری" (رابطه بین مقادیر واکنش‌دهنده‌ها و محصولات قبلی در طول و بعد از یک واکنش شیمیایی) اهمیت دارد. فقط وجود آنتی بادی کافی نیست، بلکه اینکه چه مقدار آنتی بادی اضافه می‌کنید میزان خنثی سازی را تعیین می‌کند.

ویروس‌

در واقع این تیم دریافته است که در شرایط اشباع که در آن آنتی‌بادی‌ها در غلظت‌های کافی برای پر کردن تمام مکان‌های اتصال موجود بر روی ویروس‌های دنگی اضافه می‌شوند، ۶۰ درصد از سطوح ویروس تغییر شکل می‌یابند که این اعوجاج برای محافظت از سلول‌ها در برابر عفونت کافی است.

اگر آنتی‌بادی‌های کافی داشته باشید، آن‌ها ذرات ویروس را به اندازه‌ای تغییر شکل می‌دهند که ویروس‌ها قبل از اینکه به سلول‌های هدف خود برسند، بی‌ثبات می‌شوند. در واقع، زمانی که دانشمندان ویروس‌های دنگی متصل به آنتی‌بادی را با سلول‌های BHK-۲۱ که یک رده سلولی از کلیه بچه همستر‌ها است که اغلب در تحقیقات عفونت‌های ویروسی استفاده می‌شود، آزمودند، دریافتند که ۵۰ تا ۷۰ درصد سلول‌های کمتری آلوده شده‌اند.

در برخی از ویروس‌ها از جمله زیکا، آنتی‌بادی‌ها با مسدود کردن راه‌های خروجی کار می‌کنند تا به اصطلاح، مسافر نتواند از خودرو خارج شود. آن‌ها ما مکانیسم جدیدی را در ویروس دنگی پیدا کرده‌اند که به موجب آن آنتی‌بادی‌ها اساساً خودرو را جمع می‌کنند، بنابراین حتی نمی‌تواند به سمت یک سلول برود.

چگونه آنتی بادی‌ها ذرات ویروس دنگی را تغییر شکل می‌دهند؟

برخلاف ویروس عامل بیماری کووید۱۹ موسوم به SARS-CoV-۲ که دارای پروتئین‌های سنبله‌ای است که در همه جهات بیرون زده‌اند، سطوح ویروس‌های زیکا و دنگی دارای قله‌ها و دره‌های صاف‌تر و در واقع، بیرون زدگی‌های کمتری هستند.

برای ویروس دنگی، آنتی‌بادی‌ها به‌ویژه ترجیح می‌دهند به قله‌های آن معروف به رئوس پنج‌گانه متصل شوند. هنگامی که تمام پروتئین‌های رئوس پنج‌گانه اشغال شدند، آنتی‌بادی‌ها به قله‌های مورد علاقه دوم خود یعنی رئوس سه‌گانه تبدیل می‌شوند. در نهایت، آن‌ها تنها با رئوس دوگانه باقی می‌مانند.

آنتی‌بادی‌ها از رئوس دوگانه خوش‌شان نمی‌آید، زیرا بسیار متحرک هستند و به سختی می‌توانند به آن‌ها متصل شوند. ما متوجه شدیم که وقتی رئوس پنج و سه‌گانه به طور کامل با آنتی‌بادی‌ها پیوند خورده‌اند، اگر آنتی‌بادی‌های بیشتری به محلول اضافه کنیم، ویروس شروع به لرزیدن می‌کند. این رقابت بین آنتی‌بادی‌هایی که تلاش می‌کنند وارد شوند و ویروسی که تلاش می‌کند آن‌ها را از بین ببرد وجود دارد. در نتیجه، این آنتی‌بادی‌ها به جای اتصال به راس‌های دوگانه، در نهایت به داخل ویروس نفوذ می‌کنند و ما فکر می‌کنیم که این حفاری در ویروس است که باعث تکان خوردن و تغییر شکل ویروس و در نهایت غیرعملکردی شدن آن می‌شود.

تفاوت بین ویروس‌های زیکا و دنگی چیست؟

زیکا یک ویروس بسیار پایدارتر و پویاتر از دنگی است که دارای قطعات متحرک زیادی است.

دنگی و زیکا شبیه به هم هستند، اما هر کدام ویژگی متفاوتی دارند. دنگی ممکن است به عنوان یک ویروس متحرک‌تر به عنوان راهی برای جلوگیری از گرفتار شدن توسط آنتی بادی‌ها تکامل یافته باشد. قسمت‌های متحرک آن سیستم ایمنی را گیج می‌کند و از کار می‌اندازد.

به نظر می‌رسد که یک نوع آنتی بادی می‌تواند زیکا و دنگی را به دو روش مختلف خنثی کند، یکی در جایی که به ویروس متصل می‌شود و آن را غیرفعال می‌کند که همان روش سنتی در مورد فعالیت آنتی بادی است و دیگری جایی است که آن راسوراخ می‌کند و ویروس را تغییر شکل می‌دهد.

در مورد سایر ویروس‌ها چطور است؟

استراتژی تغییر شکل که آن‌ها کشف کرده‌اند ممکن است توسط آنتی بادی‌ها در هنگام مواجهه با انواع دیگر ویروس‌ها نیز مورد استفاده قرار گیرد.

ویروس تب دنگی فقط یک ویروس نمونه است که ما در آزمایش‌های خود از آن استفاده کردیم، اما فکر می‌کنیم این استراتژی ممکن است به طور گسترده بر روی هر ویروسی قابل اجرا باشد. ممکن است آنتی‌بادی‌ها ابتدا از طریق روش ممانعت در خنثی کردن ویروس‌ها نقش داشته باشند و اگر موفق نشدند، به روش تغییر شکل متوسل شوند.

کاربرد‌های بالقوه‌ای از این یافته‌ها وجود دارد؟

این یافته‌ها می‌تواند در طراحی آنتی بادی‌های درمانی مفید باشد. آنتی بادی‌های HMAb C ۱۰ مخصوص ویروس‌های دنگی و زیکا هستند و به طور اتفاقی می‌توانند ویروس‌های زیکا و دنگی را به دو روش مختلف خنثی کنند. اما شما می‌توانید به طور بالقوه برای درمان بیماری‌های دیگر مانند کووید۱۹ نیز درمان‌هایی با همین قابلیت‌ها طراحی کنید. با ایجاد یک داروی درمانی با آنتی‌بادی‌هایی که هم می‌توانند ویروس‌ها را فلج کنند و هم تغییر شکل دهند، احتمالاً می‌توانیم به خنثی‌سازی بیشتری دست پیدا کنیم.

شما نمی‌خواهید منتظر بمانید تا ویروس به بافت هدف خود برسد، بنابراین اگر بتوانید چنین ترکیب درمانی را به عنوان اسپری بینی که در زمانی که ویروس در همان ابتدا وارد بدن می‌شود، معرفی کنید، می‌توانید حتی از ورود آن جلوگیری کنید. با انجام این کار، حتی ممکن است بتوانید از آنتی بادی کمتری استفاده کنید، زیرا تحقیقات ما نشان می‌دهد که برای خنثی کردن ویروس از طریق روش تغییر شکل، آنتی بادی کمتری لازم است.

اهمیت این مطالعه در این است که یک استراتژی کاملاً جدید را نشان می‌دهد که برخی از آنتی بادی‌ها برای غیرفعال کردن برخی از ویروس‌ها از آن استفاده می‌کنند.

پیش از این، تنها چیزی که در مورد آنتی بادی‌ها می‌دانستیم این بود که آن‌ها به ویروس‌ها متصل می‌شوند و آن‌ها را خنثی می‌کنند. اکنون می‌دانیم که آنتی بادی‌ها می‌توانند ویروس‌ها را حداقل به دو روش مختلف و شاید حتی بیشتر خنثی کنند. این تحقیق دری را به روی یک مسیر کاملاً جدید از اکتشاف باز می‌کند.