الجمعة 31 مايو ، 2013. - حدد الباحثون الأمريكيون التركيب الكيميائي الدقيق لكبسيد فيروس نقص المناعة البشرية ، وهو معطف بروتين يحمي المادة الوراثية للفيروس وهو مفتاح شدته ، وهو اكتشاف قد يؤدي إلى طرق جديدة للدفاع ضد فيروس متغير في كثير من الأحيان ، وفقا لغلاف مجلة "الطبيعة". أصبح الكبسيد هدفًا جذابًا لتطوير عقاقير جديدة مضادة للفيروسات العكوسة.
لقد حاول العلماء منذ فترة طويلة فهم كيف يتم بناء كابسد فيروس نقص المناعة البشرية ، ولهذا فقد استخدموا مجموعة متنوعة من التقنيات المختبرية ، مثل الفحص المجهري بالتبريد الإلكتروني ، والتصوير المقطعي بالتبريد MS-MS ، والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي وعلم البلورات بالأشعة السينية ، للنظر في الأجزاء الفردية من القفيصة من أجل الكشف عن التفاصيل والحصول على شعور كامل.
ومع ذلك ، وحتى وصول الحواسيب الفائقة petascale ، لم يستطع أي شخص جمع قفة فيروس نقص المناعة البشرية بالكامل ، وهي مجموعة تضم أكثر من 1300 بروتين متطابق تشكل بنية مخروطية الشكل ، مفصلة على المستوى الذري. تم إجراء عمليات المحاكاة التي تضيف القطع المفقودة في اللغز خلال اختبارات "Blue Waters" ، وهو حاسوب عملاق جديد من المركز الوطني لتطبيقات الحوسبة الفائقة بجامعة إلينوي ، في Urbana-Champaign ، الولايات المتحدة الأمريكية.
وقال كلاوس شولتين أستاذ الفيزياء بجامعة إلينوي ، الذي أجرى مع الباحث بعد الدكتوراه خوان ر. بيريلا ، المحاكاة الجزيئية للبيانات: "هذا هيكل كبير ، أحد أكبر الهياكل التي تم حلها على الإطلاق". متكاملة من التجارب المعملية التي أجراها الزملاء في جامعة بيتسبرغ وجامعة فاندربيلت ، سواء في الولايات المتحدة. وقال "كان من الواضح أن هناك حاجة إلى الكثير من المحاكاة ، أكبر محاكاة نشرت على الإطلاق. مشاركة 64 مليون ذرة".
وقد أظهرت الأبحاث السابقة أن كابسيد فيروس نقص المناعة البشرية يحتوي على سلسلة من البروتينات المتطابقة. عرف العلماء أن البروتينات مرتبة في خماسي وسداسي ، وافترضوا أن الزوايا الخماسية تشكل الزوايا الأكثر تقريبًا من الكبسيد وتشكل visao مع مجهر إلكتروني ، لكنهم لم يعرفوا كم من كتل بناء البروتين هذه ضرورية أو كيف كانت البنتاغونات و السداسي الانضمام لتشكيل القفيصة.
بتوجيه من أستاذ البيولوجيا الإنشائية Peijun Zhang ، كشف فريق بيتسبرغ عن المكونات الأساسية للكبسيد لظروف الملوحة العالية ، مما دفع البروتينات للانضمام إلى أنابيب مصنوعة من السداسي. وكشف الباحثون أن تجارب أخرى كشفت عن تفاعلات بين مناطق معينة من البروتينات "أساسية لتجميع القفيصة والاستقرار الفيروسي والعدوى".
أجرى الفريق أيضًا تصويرًا مقطعيًا بالتبريد الكبسفي الكامل ، مقطّعًا في أقسام للحصول على فكرة تقريبية عن شكله العام. استخدمت Perilla و Schulten البيانات المستقاة من هذه التجارب ومحاكاةهما للتفاعلات بين السداسيون و pentamers لتنفيذ سلسلة من عمليات المحاكاة الحاسوبية واسعة النطاق التي مثلت الخواص الهيكلية لبنات بناء الكبسيد.
"إن عمل مطابقة الكبسيد العام ، المصنوع من 64 مليون ذرة ، مع البيانات التجريبية المختلفة لا يمكن أن يتم إلا من خلال محاكاة الكمبيوتر باستخدام منهجية قمنا بتطويرها تسمى التكيف المرن للديناميكيات الجزيئية" ، أوضح شولتين. إنه في الأساس محاكاة الخصائص الفيزيائية للسلوك الجزيئات البيولوجية وسلوكها ، بالإضافة إلى دمج البيانات في المحاكاة بحيث ينتقل النموذج فعليًا نحو التوافق مع البيانات. "
وكشفت عمليات المحاكاة أن كابسد فيروس نقص المناعة البشرية يحتوي على 216 من البروتينات السداسية و 12 من البروتينات الخماسية مرتبة حسب البيانات التجريبية. كانت البروتينات التي تتألف منها هذه البنتاغونات والسداسية متطابقة ، لكن زوايا الاتحاد بينها كانت متباينة من منطقة من الكبسيد إلى أخرى. وقال شولتين: "هذا هو اللغز حقًا. كيف يمكن لنوع واحد من البروتين تكوين شيء متنوع مثل هذا؟ يجب أن يكون البروتين مرنًا بطبيعته".
أفاد الباحثون أن البنتاغونات "تحفز الانحناء الحاد للسطح" ، مما يسمح للكابسيد أن يكون هيكلًا مغلقًا لم يكن ممكنًا إذا كان القفيص يتكون فقط من السداسي. وقال شولتين إن امتلاك هيكل كيميائي مفصل لقفيصة فيروس نقص المناعة البشرية سيتيح للباحثين مواصلة دراسة كيفية عمله ، مع ما يترتب على التدخلات الدوائية من أجل تعطيل هذه الوظيفة.
وقال الباحث "في الواقع ، يوجد في قفيصة فيروس نقص المناعة البشرية منزلان متعاكسان تمامًا. يجب حماية المادة الوراثية ، ولكن بمجرد دخولها إلى الخلية ، يتعين عليها إطلاق المادة الوراثية في وقت جيد جدًا: ليس بسرعة كبيرة. انها جيدة ، بطيئة جدا ليست جيدة ". في هذا الصدد ، أوضح أن توقيت فتح الكبسبيد ضروري لدرجة ضراوة الفيروس ، لذلك في هذه اللحظة ربما يكون أفضل طريقة للتدخل في الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية.
المصدر:
علامات:
قطع والطفل الأدوية قائمة المصطلحات
لقد حاول العلماء منذ فترة طويلة فهم كيف يتم بناء كابسد فيروس نقص المناعة البشرية ، ولهذا فقد استخدموا مجموعة متنوعة من التقنيات المختبرية ، مثل الفحص المجهري بالتبريد الإلكتروني ، والتصوير المقطعي بالتبريد MS-MS ، والتحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي وعلم البلورات بالأشعة السينية ، للنظر في الأجزاء الفردية من القفيصة من أجل الكشف عن التفاصيل والحصول على شعور كامل.
ومع ذلك ، وحتى وصول الحواسيب الفائقة petascale ، لم يستطع أي شخص جمع قفة فيروس نقص المناعة البشرية بالكامل ، وهي مجموعة تضم أكثر من 1300 بروتين متطابق تشكل بنية مخروطية الشكل ، مفصلة على المستوى الذري. تم إجراء عمليات المحاكاة التي تضيف القطع المفقودة في اللغز خلال اختبارات "Blue Waters" ، وهو حاسوب عملاق جديد من المركز الوطني لتطبيقات الحوسبة الفائقة بجامعة إلينوي ، في Urbana-Champaign ، الولايات المتحدة الأمريكية.
وقال كلاوس شولتين أستاذ الفيزياء بجامعة إلينوي ، الذي أجرى مع الباحث بعد الدكتوراه خوان ر. بيريلا ، المحاكاة الجزيئية للبيانات: "هذا هيكل كبير ، أحد أكبر الهياكل التي تم حلها على الإطلاق". متكاملة من التجارب المعملية التي أجراها الزملاء في جامعة بيتسبرغ وجامعة فاندربيلت ، سواء في الولايات المتحدة. وقال "كان من الواضح أن هناك حاجة إلى الكثير من المحاكاة ، أكبر محاكاة نشرت على الإطلاق. مشاركة 64 مليون ذرة".
وقد أظهرت الأبحاث السابقة أن كابسيد فيروس نقص المناعة البشرية يحتوي على سلسلة من البروتينات المتطابقة. عرف العلماء أن البروتينات مرتبة في خماسي وسداسي ، وافترضوا أن الزوايا الخماسية تشكل الزوايا الأكثر تقريبًا من الكبسيد وتشكل visao مع مجهر إلكتروني ، لكنهم لم يعرفوا كم من كتل بناء البروتين هذه ضرورية أو كيف كانت البنتاغونات و السداسي الانضمام لتشكيل القفيصة.
بتوجيه من أستاذ البيولوجيا الإنشائية Peijun Zhang ، كشف فريق بيتسبرغ عن المكونات الأساسية للكبسيد لظروف الملوحة العالية ، مما دفع البروتينات للانضمام إلى أنابيب مصنوعة من السداسي. وكشف الباحثون أن تجارب أخرى كشفت عن تفاعلات بين مناطق معينة من البروتينات "أساسية لتجميع القفيصة والاستقرار الفيروسي والعدوى".
أجرى الفريق أيضًا تصويرًا مقطعيًا بالتبريد الكبسفي الكامل ، مقطّعًا في أقسام للحصول على فكرة تقريبية عن شكله العام. استخدمت Perilla و Schulten البيانات المستقاة من هذه التجارب ومحاكاةهما للتفاعلات بين السداسيون و pentamers لتنفيذ سلسلة من عمليات المحاكاة الحاسوبية واسعة النطاق التي مثلت الخواص الهيكلية لبنات بناء الكبسيد.
"إن عمل مطابقة الكبسيد العام ، المصنوع من 64 مليون ذرة ، مع البيانات التجريبية المختلفة لا يمكن أن يتم إلا من خلال محاكاة الكمبيوتر باستخدام منهجية قمنا بتطويرها تسمى التكيف المرن للديناميكيات الجزيئية" ، أوضح شولتين. إنه في الأساس محاكاة الخصائص الفيزيائية للسلوك الجزيئات البيولوجية وسلوكها ، بالإضافة إلى دمج البيانات في المحاكاة بحيث ينتقل النموذج فعليًا نحو التوافق مع البيانات. "
وكشفت عمليات المحاكاة أن كابسد فيروس نقص المناعة البشرية يحتوي على 216 من البروتينات السداسية و 12 من البروتينات الخماسية مرتبة حسب البيانات التجريبية. كانت البروتينات التي تتألف منها هذه البنتاغونات والسداسية متطابقة ، لكن زوايا الاتحاد بينها كانت متباينة من منطقة من الكبسيد إلى أخرى. وقال شولتين: "هذا هو اللغز حقًا. كيف يمكن لنوع واحد من البروتين تكوين شيء متنوع مثل هذا؟ يجب أن يكون البروتين مرنًا بطبيعته".
أفاد الباحثون أن البنتاغونات "تحفز الانحناء الحاد للسطح" ، مما يسمح للكابسيد أن يكون هيكلًا مغلقًا لم يكن ممكنًا إذا كان القفيص يتكون فقط من السداسي. وقال شولتين إن امتلاك هيكل كيميائي مفصل لقفيصة فيروس نقص المناعة البشرية سيتيح للباحثين مواصلة دراسة كيفية عمله ، مع ما يترتب على التدخلات الدوائية من أجل تعطيل هذه الوظيفة.
وقال الباحث "في الواقع ، يوجد في قفيصة فيروس نقص المناعة البشرية منزلان متعاكسان تمامًا. يجب حماية المادة الوراثية ، ولكن بمجرد دخولها إلى الخلية ، يتعين عليها إطلاق المادة الوراثية في وقت جيد جدًا: ليس بسرعة كبيرة. انها جيدة ، بطيئة جدا ليست جيدة ". في هذا الصدد ، أوضح أن توقيت فتح الكبسبيد ضروري لدرجة ضراوة الفيروس ، لذلك في هذه اللحظة ربما يكون أفضل طريقة للتدخل في الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية.
المصدر:
