الفيزياء

الكشف عن كيفية تهرب الفيروسات من الدفاعات الخلوية

 

يدرس عالم الفيزياء الحيوية جيمس هيرلي كيف تتلاعب الفيروسات ، مثل الفيروس المسبب لـ COVID-19 ، بالأغشية الخلوية لإصابة الخلايا.

يُعرف جيمس هيرلي لدى أقرانه بأنه عالم أحياء بنيوية. لكن بدايته في العلوم كانت في الفيزياء وليس في علم الأحياء. بعد حصوله على درجة البكالوريوس في الفيزياء ، التحق هيرلي بدكتوراه في الفيزياء الحيوية. برنامج لدراسة الهياكل الجزيئية. الآن ، يبحث عن التفاعلات بين الأغشية الخلوية والبروتينات - بما في ذلك تلك التي أنشأتها الفيروسات - كعالم أحياء بنيوية في جامعة كاليفورنيا ، بيركلي. يستشهد بالعديد من العوامل التي ألهمت قراره بمتابعة علم الأحياء والفيزياء الحيوية ، بما في ذلك الرغبة في العمل في موضوعات مرتبطة بشكل وثيق بالمجتمع والحياة اليومية ، مثل الإيدز ، الذي انتشر في الثمانينيات في الولايات المتحدة عندما كان هيرلي يبدأ مسيرته البحثية . تحدث هيرلي مع مجلة الفيزياء عن عمله وعن ما يمكن أن يقدمه علماء الفيزياء لأبحاث علم الأحياء.

ما هو محور بحثك؟

أنا مفتون بشكل خاص بالبنى الخلوية التي تحتاج إلى تغيير شكلها بسرعة بمرور الوقت. ربما يكون أكثر الأمثلة بعيدًا عن هذه الظاهرة هو الالتهام الذاتي ، وهو عندما تبتلع الخلية بعض منتجات النفايات أو المواد الغريبة. خلال هذه العملية ، تشكل الحويصلة ذات الغشاء المزدوج - التي تبدأ في الظهور على شكل كوب ثم تنمو في شكل كروي تقريبًا والمعروفة بِ دي نوفو في الخلية في غضون دقائق. ويمكن لهذه الحويصلة أن تبتلع وتأكل أشياء أخرى في الخلية ، بما في ذلك مسببات الأمراض الغازية.

تصبح التفاعلات بين أغشية الخلايا ومسببات الأمراض أكثر إثارة للاهتمام عندما تفكر في أن مسببات الأمراض بين الخلايا تتلاعب أيضًا بأغشية الخلايا - على سبيل المثال ، لعبور الغشاء. يمكن أن تكون آلياتها معقدة ويمكن أن تقضي على دفاعات الخلية بدلاً من مجرد التسلل من خلالها.

ماذا تعلمت عن مسببات الأمراض والدفاعات الخلوية؟

في القردة والقرود ، هناك سلف متوطن لفيروس نقص المناعة البشرية يسمى SIV. لقد كانت موجودة منذ مئات الآلاف من السنين ، لكنها انتقلت إلى البشر على أنها فيروس نقص المناعة البشرية منذ حوالي 100 عام. لقد حددت أنا وزملائي الهياكل الجزيئية التي تشرح كيف تمكن البشر من تجنب الفيروس ، وبالتالي الإيدز ، لفترة طويلة.

يتشارك البشر أكثر من 99٪ من حمضنا النووي مع الشمبانزي ، ولكن هناك بعض الاختلافات المهمة. أحدها موجود في بروتين يسمى التيثرين ، والذي يؤثر على قابليتنا للإصابة بالفيروسات. Tetherin هو جزيء دفاعي يحد من قدرة الفيروسات على التكاثر. في القرود والقردة ، يستهدف SIV جزءًا معينًا من جزيء الدفاع هذا ، ويمسكها مثل المقبض ثم يدمر الجزيء. لكن في البشر ، قطعة من التيثرين مفقودة ؛ لقد قمنا بطريقة ما بإزالة المقبض الذي تستخدمه SIV لتقويض دفاعات القرد والقرد.

لم تكتشف مجموعتي آلية "المقبض". لكننا توصلنا إلى صورة للمقبض تسلط الضوء حقًا على الاختلافات الجزيئية في القرد والقرد مقابل الحبل البشري.

أنت تعمل أيضًا على الفيروس المسبب لـ COVID-19. هل يمكنك مشاركة ما تبحثه مجموعتك؟

فيروسات كورونا بشكل عام ، وليس فقط SARS-CoV-2 ، الذي يسبب COVID-19 ، تتكاثر في مقصورات محددة بأغشية داخل الخلايا المضيفة. لذلك نحن مهتمون جدًا بكيفية عمل بروتينات فيروس كورونا لإعادة تشكيل أغشية الخلايا المضيفة. ومثل فيروس نقص المناعة البشرية ، تمتلك الفيروسات التاجية طرقًا لتقويض دفاعات المضيف - على سبيل المثال ، يمسك SARS-CoV-2 أيضًا بمقابض في بروتينات الدفاع الخاصة بنا ونزع سلاحها.

هناك الآلاف من فيروسات كورونا الأخرى في الخفافيش والحيوانات الأخرى التي لم تنتقل إلى البشر. تسبب البعض الآخر في نزلات برد خفيفة فقط ، وتم احتواء نزلات أكثر خطورة ، مثل السارس ومتلازمة الشرق الأوسط التنفسية ، بسرعة. ما الفرق بينها وبين المسبب الوبائي SARS-CoV-2؟ هناك شيء واحد ، كما نعتقد ، هو أن SARS-CoV-2 طور طرقًا أسرع وأكثر فاعلية لتقويض دفاعات مضيفنا. لذلك نحن نبحث في ذلك لنرى ما إذا كان لهذا الفيروس التاجي أي آليات غزو فريدة غائبة في الآخرين.

إن العثور على مثل هذه الآلية لن يؤدي بالضرورة إلى العلاج ، لكنني أعتقد أنه سيكون مفيدًا لفهم كيف أصبح هذا المرض سيئًا للغاية.

أين تظهر الفيزياء في عملك؟

 

انها في كل مكان. إنها في القوى التي تملي التفاعلات الجزيئية الحيوية. إنها في المجسات التي نستخدمها لتحديد الهياكل الجزيئية - في المقام الأول ، المجهر الإلكتروني وحيود الأشعة السينية. وهي في أشكال الأغشية. على سبيل المثال ، عند الدقة المنخفضة ، نستخدم نظرية المرونة لحساب مقدار الطاقة اللازمة لثني الغشاء في شكل معين. لدراسة هذه الظواهر بدقة أعلى ، نستخدم المحاكاة الجزيئية ، والتي تعتمد أيضًا على قوى الفيزياء هذه.

المصدر

النشرة البريدية

الرجاء تعبئة التفاصيل ادناه لتلقي نشرتنا البريدية