يمكن للبروتينات المصنّعة في المختبر أن تمنع فيروس كورونا من إصابة الخلايا
يمكن للبروتينات المصنّعة في المختبر أن تمنع فيروس كورونا من إصابة الخلايا

فيديو: يمكن للبروتينات المصنّعة في المختبر أن تمنع فيروس كورونا من إصابة الخلايا

فيديو: كيف يهاجم الفيروس خلايا البشر ويسبب الوباء؟ | RT Play 2022, ديسمبر
Anonim

يمكن أن تكون الببتيدات الاصطناعية التي تحاكي الأجسام المضادة البشرية لـ COVID-19 أرخص وأسهل في الإنتاج.

يمكن للبروتينات المصنّعة في المختبر أن تمنع فيروس كورونا من إصابة الخلايا
يمكن للبروتينات المصنّعة في المختبر أن تمنع فيروس كورونا من إصابة الخلايا

بينما ينتظر العالم لقاح COVID-19 ، يركز العديد من الباحثين على تطوير علاجات فعالة يمكن طرحها بسرعة وبتكلفة زهيدة. الأجسام المضادة أحادية النسيلة - وهي علاج مختبري واعد محتمل على غرار الأجسام المضادة المستخرجة من دماء المرضى الذين يتعافون من الشفاء - تصدرت عناوين الصحف مؤخرًا عندما تلقى الرئيس ترامب مزيجًا من الأجسام المضادة لم تتم الموافقة عليه بعد من شركة Regeneron. وأعلنت شركة الأدوية العملاقة Eli Lilly مؤخرًا أن الجسم المضاد أحادي النسيلة يقلل من خطر دخول 300 شخص يعانون من أعراض خفيفة أو معتدلة لـ COVID-19 ، في تجربة سريرية صغيرة.

لكن ديفيد بيكر ، عالم الكيمياء الحيوية في معهد تصميم البروتين بجامعة واشنطن ، وزملاؤه يعتقدون أن بإمكانهم إنتاج علاج أفضل. لقد صمموا ببتيدًا صناعيًا - سلسلة قصيرة من الأحماض الأمينية ، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات - 20 مرة أصغر من الجسم المضاد أحادي النسيلة المصمم للارتباط بالبروتين "السنبلة" سيئ السمعة على سطح فيروس SARS-CoV-2 جسيم. سيؤدي القيام بذلك إلى منع الفيروس بشكل مباشر من الارتباط بمستقبلات ACE-2 على الخلايا البشرية ، ويعمل مثل الجسم المضاد الذي ينتجه الجهاز المناعي للشخص المصاب. وصف بيكر وزملاؤه هذه "مثبطات البروتين المصغر" في سبتمبر في Science. على الرغم من أن الدراسة اختبرت فقط هذه البروتينات الاصطناعية في المختبر ، وخلطت الجزيئات الفيروسية مع خلايا القردة في المختبر ، إلا أنه يقول إن البيانات غير المنشورة تظهر أنها يمكن أن تحمي الفئران والهامستر من عدوى السارس.

يوضح بيكر ، الذي حصل على جائزة إلكترونيز للتصميم الرقمي ، "لقد بنينا هذه [البروتينات الصغيرة] من الصفر استنادًا إلى" المبادئ الأولى "، وذلك باستخدام أجهزة الكمبيوتر لنمذجة جميع التفاصيل البيوكيميائية لبروتين نظري يمكن أن يلتصق بالفيروس". مليونان من البروتينات المصغرة المرشحة ، سحقوا البيانات باستخدام الخوارزميات ، وفرزوا 118000 من الجينات المرشحة التي تشفر هذه البروتينات ، وصنعوا البروتينات من الصفر ، واختبروها مباشرة ضد الفيروس في اكتشاف المختبر أن سبعة تصميمات يمكن أن ترتبط بشكل فعال مع وبالتالي تعطيل الفيروس.

على مدار 3.5 مليار سنة ، أنتج التطور مجموعة لا تصدق من البروتينات والببتيدات. في السنوات الأخيرة ، تعقب علماء الكيمياء الحيوية واستخدموا بعضًا من هذه الأدوية لابتكار عقاقير جديدة ، مثل Eptifibatide ، وهو دواء مضاد للصفيحات يُعطى للوقاية من النوبات القلبية التي يتم استخلاص المكون النشط من سم الأفعى الجنوبية الأقزام. يحتوي بنك بيانات البروتين ، وهو مستودع على الإنترنت لتسلسل البروتين والأدوات التعليمية ، على تسلسل الأحماض الأمينية والهياكل ثلاثية الأبعاد الكاملة لأكثر من 160 ألف ببتيد وبروتين - لكن العالم الطبيعي يحتوي على مئات الملايين من البروتينات.

يوضح غوراف بهاردواج ، عالِم الكيمياء الحيوية في معهد تصميم البروتين ، ولكنه لم يشارك في دراسة العلوم: "من الصعب جدًا اكتشاف ببتيد في الطبيعة يفعل بالضبط ما تريده أن يفعله". إنه يحاول تصميم ببتيد مفصل يمنع السارس- CoV-2 من التكاثر داخل الخلايا البشرية. "الآن يمكننا أن نستكشف حسابيا تكوينات التصميم الممكنة للببتيد من أجل أداء الوظائف الدقيقة التي نريدها."

تعتمد وظيفة كل بروتين على بنيته. تؤدي التفاعلات بين ذرات الأحماض الأمينية للبروتين إلى تجميع هذه السلاسل ذاتيًا في أقل من ثانية في مجموعة معقدة من الحلزونات والطيات. مع نمو سلسلة الأحماض الأمينية ، تتراكم هذه الحلزونات والألواح المموجة فوق بعضها البعض وحول بعضها البعض في سلسلة معقدة بشكل مذهل من الطيات ، وهذه الطيات هي التي تعطي البروتينات شكلها ووظيفتها. ومع ذلك ، فإن اكتشاف كيفية تحول تسلسل واحد من الأحماض الأمينية إلى طية معينة كان مهمة صعبة للغاية ، ولم يتمكن العلماء من البدء في ربط التسلسل بالشكل إلا في التسعينيات - مع التوسع المستمر في قواعد بيانات معلومات البروتين.

يقول بيكر: "يمكننا صنع بروتينات جديدة تمامًا لم يسبق لها مثيل في الطبيعة لأننا نفهم الآن طبيعة طي البروتين". "لقد أصبحت قدرتنا على استخدام أجهزة الكمبيوتر لتصميم بروتينات" de novo "حقًا في حد ذاتها فقط في السنوات القليلة الماضية - ربما لم نتمكن من تطبيق أنفسنا على COVID-19 إذا كان الوباء قد حدث قبل خمس سنوات."

دعمت العديد من المنظمات ، بما في ذلك مؤسسة Gates Foundation و Open Philanthropy Foundation ومؤخراً لجنة جائزة Breakthrough هذا العمل. على الرغم من أن الأجسام المضادة وحيدة النسيلة لـ SARS-CoV-2 قيد التجارب السريرية بالفعل ، يقول بيكر إن مثبطات البروتين المصغر لديه قدرة أكبر على معالجة الوباء لأنها أصغر 20 مرة ، وبالتالي سيكون إنتاجها سريعًا ومتسقًا أرخص.

يقول ساريل فليشمان من معهد وايزمان للعلوم في إسرائيل ، والذي لم يشارك في الدراسة ، إن الببتيدات الاصطناعية تُظهر إمكانات هائلة لتوسيع نطاقها بتكلفة منخفضة لإنتاج علاجات قوية ومصممة حسب الطلب. لكنهم ما زالوا في منطقة مجهولة ، مما يضعهم في وضع غير مؤات في السباق من أجل العلاج ، كما يقول. "الميزة الرئيسية للعلاجات بالأجسام المضادة أحادية النسيلة هي أنها" بشرية "تمامًا ، مما يعني أنها متوافقة بالفعل مع أنظمتنا المناعية. لذا فهي تنطوي على مخاطر أقل بكثير من البروتينات الاصطناعية. يقول إن تجاوز العقبات التنظيمية سيكون أكثر وضوحًا مع الأجسام المضادة وحيدة النسيلة ، لأن المنظمين سيفهمون بالفعل ما يتعاملون معه مقارنة بالتقنية الجديدة وغير المثبتة.

على الرغم من أن الببتيدات الاصطناعية لها إمكانات هائلة ، إلا أننا نحتاج إلى توخي الحذر بشأن الإفراط في التفاؤل ، كما يضيف عالم الكيمياء الحيوية إريك بروكو من جامعة إلينوي ، والذي عمل كباحث ما بعد الدكتوراه في فريق بيكر ، لكنه لم يكن جزءًا من هذه الدراسة المحددة. يقول بروكو: "إن الحرائك الدوائية للبروتينات الصغيرة" - الطرق التي يستطيع بها جسم الإنسان استقلابها وامتصاصها وإفرازها - "ستكون حاجزًا أمام فائدتها كأدوية". "عقار الأجسام المضادة الخاص بإيلي ليلي يستمر في الجسم لمدة شهر ؛ سيكون من الصعب على بروتين صغير مصمم لمطابقة هذا الاستقرار في الدم ".

يقر بيكر بأن كلا من Fleishman و Procko على صواب: "يجب أن تخضع البروتينات المصغرة لدينا لنفس الفحص الدقيق للتجارب السريرية مثل الأجسام المضادة أحادية النسيلة" ، كما يقول ، "على الرغم من أنه من الجدير بالذكر أن الهيئات التنظيمية مثل إدارة الغذاء والدواء لديها خبرة واسعة مع جميع الأنواع الأدوية والطرائق العلاجية. ".

لاحظ كل من Procko و Baker أنه من المحتمل جدًا أن يتم إعطاء البروتينات الصغيرة مباشرة إلى الرئتين عن طريق الاستنشاق. صمم باحثون في جامعة كاليفورنيا ، سان فرانسيسكو ، مثل هذه التركيبة من الهباء الجوي. سيتم استخدام هذه التقنية ، المسماة "AeroNabs" ، عن طريق جهاز الاستنشاق أو بخاخ الأنف. أكبر بثلاث مرات تقريبًا من بروتينات بيكر المصغرة ، فإن U.C.S.F. تم تصميم تلك الجزيئات على جسيمات "الأجسام النانوية" الموجودة في أجهزة المناعة للحيوانات مثل اللاما ، وتعمل بشكل مشابه: فهي ترتبط بالبروتين "السبار" الخاص بـ SARS-CoV-2 وتمنعه ​​من الاندماج مع مستقبل ACE-2 على الخلايا البشرية.

يوضح Aashish Manglik من UC.S.F ، وهو جزء من الفريق الذي طور AeroNabs: "من غير المحتمل أن تصل الأجسام المضادة أحادية النسيلة إلى مجرى الهواء في الرئتين عند إعطائها كدواء عن طريق الحقن". وصف هو وزملاؤه ابتكاراتهم في قاعدة بيانات ما قبل الطباعة bioRxiv في أغسطس. تميل 2 في المائة فقط من الأجسام المضادة أحادية النسيلة التي يتم حقنها في مجرى الدم إلى الوصول إلى المساحات الرئوية ، وهي مناطق الرئتين التي يدخل الفيروس من خلالها إلى معظم الأشخاص - ولكن الدواء الذي يتم توصيله عبر الهباء الجوي سيكون قادرًا على الوصول إلى هذه الأكياس الهوائية ، وبالتالي يمكن يقول مانجليك: يخدم كعلاج وقائي. يقول: "نحن نرى أن هذا مفيد للمرضى الذين هم في المراحل الأولى من العدوى ، أو مع الأشخاص المعرضين لخطر الإصابة بالعدوى ، مثل العاملين في الخطوط الأمامية والعاملين في مجال الرعاية الصحية". "ومع ذلك ، من منظور تقني ، فإن ما تمكن بيكر من تنفيذه من تصميم كل شيء مستقبليًا وليس بناءً على بنية موجودة في الطبيعة - هو مجرد ظاهرة. إنه وقت مثير في علم البروتين ".

يوافق السيد Beat Christen من معهد بيولوجيا الأنظمة الجزيئية في زيورخ ، والذي لم يشارك في بحث Baker أو Manglik ، على أنه وقت مثير. "البيولوجيا التركيبية تتقدم بسرعة كبيرة في تطوير اللقاحات والعلاجات - في إطار زمني قصير جدًا ، رأينا العديد من الأشياء يتم دفعها إلى المقدمة ، ويتفاعل عالم الشركات مع العديد من الشركات الناشئة والشركات الناشئة التي تركزت في هذا المجال ،" كما يقول.

ومع ذلك ، مع زيادة اهتمام الشركات ، قد يحدث انخفاض في ثقة الجمهور - كما حدث مع الأغذية المعدلة وراثيًا قبل عقدين من الزمن. كان يُنظر إلى التكنولوجيا إلى حد كبير على أنها باهظة الثمن وغير ضرورية ، مدفوعة بدوافع أرباح الشركات بدلاً من الحاجة العامة. الببتيدات الاصطناعية - كثير منها "غير طبيعي" تمامًا و "لم يسبق له مثيل على الأرض" - خطر الوقوع في نفس الفخ.

يقول كريستين: "لكن مع COVID-19 ، هناك تحدٍ كبير وواضح يواجه البشرية ، وإذا كان بإمكان البيولوجيا التركيبية المساهمة بحلول جديدة وعلاجات جديدة ، سيرى الناس بسهولة الحاجة إليها."

اقرأ المزيد عن تفشي فيروس كورونا من Scientific American هنا. واقرأ التغطية من شبكتنا الدولية من المجلات هنا.

شعبية حسب الموضوع