خبرهایی بد، بسته‌بندی شده با پروتئین

ویروس را میتوان به شکل ساده یک بسته‌ی خبرهای بد بدانیم که با پوششی پروتئینی بسته بندی شده است. این را "جان و پیتر مدور" در سال 1977م. گفته اند.

در ژانویه همین سال تازه‌ی میلادی(دی ماه 1398) یکی از این بسته‌های خبری بد ،خیلی بد، به دنیا معرفی شد و دانشمندان ما را با آن آشنا کردند: SARS-CoV-2،ویروسی که عامل بیماری کووید 19 است. اولین نمونه‌ی این ویروس از بدن مردی 41 ساله که در بازار ماهی شهر ووهان در چین کار می‌کرد جداسازی و شناسایی شد.

پژوهشگران امروزه در رقابتی شدید هستند تا هرچه زودتر بتوانند دارو یا واکسنی برای مقابله با این ویروس و بیماری حاصل از آن بیابند.برای این کار لازم است اطلاعات خوبی از رفتار و شیوه‌ زیست این ویروس داشته باشیم و چی بهتر از اینکه بدانیم فرمانهای عملیاتی ویروس چیست و چه فرمانهایی به آن می‌دهد. این فرمانها چیزی نیستند به‌جز دستورات ژنتیکی که در ماده‌ی وراثتی ویروس یعنی "ژنوم" قرار داده شده است.

کرونا ویروسها از آن گروه ویروسهایی هستند که ژنومشان شامل یک رشته RNA است. هر رشته RNA یا DNA شامل مجموعه ای از کدهای ژنتیکی هستند. برخی از ژنها ،ژنهای عملکردی و فعال هستند.آنها قرار است فرمان کاری را بدهند و عملا خصوصیات و عملکردهای سلول(و نهایتا جاندار) به این فرامین وابسته است. ژنها این فرامین را از طریق پروتئینها اعمال میکنند. به عبارتی هر مجموعه ژن برای دستور دادن به انجام کاری،ابتدا دستور ساخت(کُد کردن)یک یا چند پروتئین را صادر کرده و آن پروتئینها کاری که باید را انجام میدهند.

هر مجموعه ژن را در قالب جملاتی بدانید که از حروف الفبای ژنتیکی تشکیل شده است. حروف الفبای ژنتیکی در حقیقت 4 مولکول(نوکلئوتید) هستند با نامهای آدنین،گوانین،سیتوزین و تیمین(در RNA یوراسیل) که آنها را به اختصار با حروف A,G,C,T(U) نمایش میدهیم. ترتیب و توالی این ملکولها کنار هم یک ژن را میسازند و هر سری ژن یک پروتئین را میسازند .پس برای هر پروتئین(یا هر دستور دیگری) یک جمله ی بلند یا کوتاه از این مولکولها وجود دارد که در سلول ترجمه میشوند.

یک رشته RNA

ویروسها برای اینکه تکثیر شده و شیوع پیدا کنند ،باید بتوانند سلولهای زنده را اجیر کنند. آنها برای اینکار مثل هواپیمارباها، سلول را تسخیر کرده و به فرمان خود درمی آورند.ژنوم کروناویروس جدید کمتر از 30.000 حرف درازا دارد.برای اینکه بدانید این طول یعنی چه، با ژنوم انسان مقایسه کنیدش: ژنوم ما حدود 3 میلیارد حرف دارد. دانشگران متوجه شده اند که این ژنوم برای ساختن 29 مدل پروتئین مختلف لازمند . این پروتئینها هم برای این ساخته میشوند که بتوانند کارهای لازم و متعدد برای تکثیر و شیوع ویروس را انجام دهند و به خصوص سیستم ایمنی بدن مارا از سرکوب کنند تا مانعی درراه تکثیرشان نباشد.

نخستین سری جملات یک رشته ی RNAویروس SARS-CoV-2 اینها هستند:

auuaaagguuuauaccuucccagguaacaaaccaaccaacuuucgaucucuuguagaucuguucucuaaacgaacuuuaaaaucuguguggcugucacucggcugcaugcuuagugcacucacgcaguauaauuaauaacuaauuacugucguugacaggacacgaguaacucgucuaucuucugcaggcugcuuacgguuucguccguguugcagccgaucaucagcacaucuagguuucguccgggugugaccgaaagguaag

این توالی حروف ژنتیکی ، سامانه های داخل سلول سالم را به خدمت می‌گیرد تا همه‌ی RNA ویروس را بازخوانی کنند و آن را به ترجمه‌های پروتئینی کرونا ویروس تبدیل کنند.

حالا بیایید متن کامل ژنوم کرونا ویروس جدید و ترجمه‌ی پروتئینی آن را با هم مرور کنیم:

زنجیره‌ی پروتئین-ORF1ab

نخستین پروتئینی ویروسی که داخل سلول آلوده شده(تسخیر شده) شکل می‌گیرد یک زنجیره‌ی 16 پروتئینه است که به یکدیگر پیوسته‌اند.دوتا از این پروتئین‌ها همچون یک قیچی عمل می‌کنند که پروتئین‌های مختلف را از هم بریده و جدا می‌کنند. با این‌کار پروتئین‌ها به کاری که ویروس دلش بخواهد عمل می‌کنند.

پژوهش روی سایر گونه‌های کروناویروس به دانشگران امکان داده که کروناویروس جدید را بهتر بشناسند. هرچند برخی پروتئین‌های این ویروس جدید فعالیتی عجیب و غریب دارند و برخی هم اصلا کاری انجام نمی‌دهند.

خرابکار سلولی · NSP1

این پروتئین باعث می‌شود سلولِ تسخیرشده سرعت ساخت پروتئین‌های خودش را به شکل محسوسی کاهش دهد. این خرابکاری، سلول میزبان را مجبور می‌کند پروتئین‌های ویروسی را بیشتر و بیشتر تولید کرده و از سوی دیگر پروتئین‌های ضدویروسیِ کمتری بسازد و مانع کار ویروس نشود.

پروتئین رمزآلود · NSP2

دانشگران خیلی مطمئن نیستند که این پروتئین چهکاره است و چه نقشی دارد.شاید برای کشف رمز از کارکرد آن،خوب باشد نگاهی به پروتئینِ متصل شده به آن نگاهی بیاندازیم. دوتا از این پروتئین‌های متصل به هم باعث تسهیل و تحریک حرکت اِندوزومها در اطراف سلول می‌شود. اندوزومها حبابهایی پر از مولکول‌های مختلف هستند.

برچسب بَردار و بُرش دهنده NSP3

پروتئینی بزرگ است که دو نقش مهم دارد.یکی از این دو نقش برش‌دادن پروتئین دیگر است تا هرکدام به تنهایی کارشان را انجام دهند.این پروتئین همچنین بسیاری از پروتئین‌های سلولِ تسخیر شده را هم تغییر می‌دهند.

معمولا یک سلولِ سالم پروتئین‌های قدیمی را برچسب می‌زند تا آنها را از رده خارج کرده و پروتئین‌های جدیدتر را به جایشان بنشاند. اما کروناویروس می‌تواند این برچسب‌ها را بردارد و تعادل پروتئینی سلول را به هم‌بزند و توان دفاعی سلول در برابر ویروس‌ها را بکاهد.

حباب‌ساز· NSP4

این پروتئین به همراه دیگر پروتئین‌ها به ساخته شدن حباب‌هایی پر از مایعات درون سیتوپلاسم سلولِ تسخیر شده می‌پردازد. درون این حباب‌ها قطعات مورد نیاز برای ساخته شدن ویروس‌های تازه وجود دارد.

قیچی پروتئینی · NSP5

این پروتئین بیشترِ برش‌ها را روی پروتئین‌های دیگر اعمال می‌کند تا آنها به کارهای خودشان مشغول شوند.

کارخانه‌ی حباب‌ها · NSP6

این پروتئین به همراه NSP3 وNSP4کارخانه‌ی حباب‌سازی ویروس را در دل سلول برپا می‌کند.

دستیاران نسخه‌بردار · NSP7 and NSP8

این دو پروتئین به NSP12 کمک می‌کنند تا نسخه‌های تازه‌ای از ژنوم RNA ساخته شود. این ژنوم‌های تازه در نهایت در دل ویروس‌های جدید قرار می‌گیرند.

در قلب سلول · NSP9

این پروتئین کانال‌های ریزی را در هسته‌ی سلول‌ِتسخیر شده، یعنی جایی که ژنوم ما انسان‌ها قرار دارد می‌سازد. این کار ممکن است بر رفت و آمد مولکول‌ها به درون و بیرون هسته تاثیر بگذارد. اما برای چه منظوری و چه سودی دارد؟ نمی‌دانیم.

استتار ژنتیکی · NSP10

سلول‌های انسانی پروتئین‌های ضدویروسی دارند که RNA ویروس را به راحتی شناسایی کرده و آن را تکه‌تکه می‌کند.این پروتئین به همراه NSP16 ژنوم ویروس را استتار می‌کند تا مورد شناسایی و حمله‌ی پروتئین‌های ضد ویروسی سلول‌تسخیر شده قرار نگیرد.

دستگاه کپی · NSP12

این پروتئین حروف ژنتیکی را در کنار هم قرار می‌دهد تا ژنوم ویروس‌های تازه را بسازند. پژوهشگران دریافته‌اند که دارویی به نام remdesivir با این پروتئین در کروناویروس‌های دیگر تداخل داشته و فعالیتش را مختل می‌کند. حالا پژوهشگران به دنبال اینند که ببینند آیا می‌توان با این دارو کووید-19 را هم درمان کنند یا نه.سلول‌های‌تسخیر شده جمله‌ی ژنتیکی زیر را می‌خواند که در واقع کدکننده‌ی پروتئین NSP12 است:

ucagcugaugcacaaucguuuuuaaac...

سپس کمی عقب رفته و از حرف c دوباره خواندن را انجام می‌دهد:

توالی جمله‌های پروتئین دیگری به نام NSP11با این توالی جمله‌ها یکسان است اما نمی‌دانیم آیا پروتئین کوچکی که با این کد ژنتیکی ساخته می‌شود اصلا فعالیت مشخصی دارد یا نه.

بازکننده‌ی آر اِن اِی · NSP13

به طور معمول RNA این ویروس شکلِ پیچ‌خورده و درهمی دارد. دانشگران حدس می‌زنند که پروتئین NSP13 کارش بازکردن این پیچ‌خوردگی از لابلای کلاف‌ِ درهم RNA باشد. او این کار را می‌کند تا دیگر پروتئین‌ها بتوانند توالی جمله‌های ژنتیکی را بخوانند و از آن کپی‌برداری و ژنوم را تکثیر کنند.

غلطگیر ویروسی · NSP14

وقتی پروتئین NSP12 ژنوم ویروس را کپی‌برداری می‌کند، این امکان وجود دارد که برخی حروف ژنتیکی جابیفتد یا اشتباه وارد ژنوم بشود. پروتئین NSP14 این غلط‌ها را پیدا کرده ،آنها را بریده و دور می‌اندازد تا حروف درست بتوانند جایگزین شوند.

تمیز کننده ها· NSP15

پژوهشگران معتقدند که این پروتئین خرده‌ریزه‌های باقیمانده‌ی RNA ویروس را که در حین کپی‌برداری در محل باقی مانده‌اند جابجا کرده و به اصطلاح محل را از اثر‌جرم تمیز می‌کنند. مهمترین فایده‌ی این کار این است که عوامل ضدویروسی و دفاعیِ سلول نتوانند آنها را پیدا کرده و وارد عمل شوند.

استتار بیشتر · NSP16

این پروتئینی است که با NSP10 همکاری کرده و ژنوم ویروس را از دید پروتئین‌هایی که برای قلع و قمع RNA ویورس آماده‌اند پنهان می‌کنند.

پروتئین‌های گُلمیخ · S

پروتئین های گلمیخی یکی از چهار پروتئین ساختاری این ویروس است. این چهارتا عبارتند از :S,E,MوN. پروتئین‌های ساختاری لایه‌ی بیرونی کروناویروس را شکل می‌دهند و RNA ویروس را دربر گرفته و از آن محافظت می‌کنند.این پروتئین‌های چهارگانه در ساخته شدن و رهاسازی ویروس‌های کپی شده و تکثیر شده نقش کمکی دارند.

پروتئینهای S گلمیخهای برجسته و درشتی می‌سازند که در دسته‌های سه‌تایی کنارهم و روی سطح بیرونی ویروس قرار می‌گیرند. همین پروتئین‌ها هستند که شکل تاج یا اشعه‌های خورشید به ویروس داده و نام کرونا ویروس هم از همین شکل ظاهری وام گرفته شده(کرونا در زبان انگلیسی به معنای تاج یا اشعه‌دار است)

آن بخش از گلمیخها که کمی گسترده شده ، می‌توانند به پروتئینی به نام ACE2 متصل شود (در تصویر با رنگ زرد معلوم شده) . این پروتئین‌های ACE2 در سلول‌های خاصی از بدن انسان‌ها وجود دارد. مثلا در سلولهای تنفسی ما. وقتی چنین اتصالی بین پروتئینهای ACE2و Sبرقرار شود ، حمله‌ی ویروس‌ها به سلول‌ها آغاز شده است.

ژنی که برای این پروتئین‌های گلمیخی در SARS-CoV-2 وجود دارد، یک نقطه اتصال با 12 حرف ژنتیکی دارد: ccucggcgggca این توالی حاصل یک جهش ژنتیکی است که به نظر می‌آید به اتصال محکم این ویروس به سلولهای انسانی کمک شایانی کرده و این گام مهمی در تکامل ویروس کروناست که توانسته سلول‌های خفاش و سایر پستانداران را آلوده ودرگیر کند .

یکی از راه‌هایی که پژوهشگران برای مقابله با این ویروس و بیماری کووید-19 طی می‌کنند تا واکسن قابل اعتمادی ساخته شود این است که جلوی اتصال این گلمیخها به سلوله‌ای انسانی را بگیرند.

استادِ فراری دادن · ORF3a

ژنوم SARS-CoV-2 گروهی از پروتئینها را کد می‌کند که به آنها "پروتئین‌های جانبی"می‌گوییم.این پروتئین‌ها محیط داخلی سلول تسخیر شده را به گونه‌ای تغییر می‌دهند که برای تکثیر و کپی‌شدن ویروس مناسب‌تر شده و آن را تسهیل کند.

پروتئینORF3aیک سوراخ کوچک روی غشای سلول تسخیرشده می‌سازد تا ویروس‌های تازه ساخته شده از طریق این سوراخ راحت‌تر بتوانند فرارکنند و آزاد شوند. همچنین این پروتئین فرآیند ورم و التهاب سلولی را آغاز می‌کند . این التهاب یکی از خطرناکترین نشانه های بیماری کووید-19 است.

پروتئین پوششی · E

پروتئین پوششی یکی از پروتئینهای ساختاری است که در ساخته شدن حبابهای روغنی ویروس نقش دارند.البته به جز این وظایفی هم در همان ابتدای ورود ویروس به سلول دارد.پژوهشگران دریافته اند که این پروتئین به پروتئینهای دیگر میچسبند تا ژنهای آنها را روشن و خاموش کنند.

پروتئین غشایی · M

یکی دیگر از پروتئینهای ساختاری که بخشی از پوشش بیرونی ویروس (غلاف) را شکل میدهد.

حذف کننده سیگنال · ORF6

این پروتئین جانبی سیگنال‌هایی که سلول تسخیرشده می‌فرستند تا دستگاه ایمنیِ بدن متوجه خطر شود را سرکوب می‌کند. همچنین این پروتئین می‌تواند پروتئین‌هایی که ضدویروس‌های دیگر (مثلا آنفلوآنزا یا فلج اطفال) عمل میکنند را هم سرکوب کنند. بنابراین بعید نیست که فرد مبتلا به کووید 19 دچار این بیماری‌ها نیز بشود.

رهاکنند‌ه های‌ویروس · ORF7a

وقتی ویروس‌ها می‌خواهند از سلول‌های تسخیرشده بیرون‌زده و رها شوند، سلول آخرین مقاومت‌هایش را به خرج می‌دهد. برای این‌کار از پروتئینی به نام تِتِرین استفاده می‌کند و ویروس‌ها را به دام می‌اندازد.برخی پژوهش‌ها نشان می‌دهد که پروتئین ORF7a منابع تامین تترین را در سلول از کار انداخته و با خیال راحتتر ویروس‌های کپی شده از سلول تسخیرشده فرار می‌کنند.کار عجیب دیگری که این پروتئین به سودِ ویروس می‌کند این است که باعث خودکشی سلول‌های تسخیر شده می‌شوند. این همان اتفاقی است که باعث آسیب‌های جدی کووید-19 به ریه‌ی فرد مبتلا می‌شود.

پروتئین رازآلود· ORF8

ژن مرتبط با این پروتئین جانبی در ویروس کرونای جدید به شکل عجیبی با سایر کروناویرو‌س‌ها متفاوت است. ما هنوز نمی‌دانیم که عملکرد این پروتئین چیست.

پروتئین نوکلئو کپسید · N

پروتئین N از RNA ویروس حفاظت کرده و به پایداری ویروس مشغول است. پروتئین‌های N زیادی به هم دیگر متصل شده و یک رشته‌ی بلند مارپیچی می‌سازند که روی تمام مارپیچ RNAرا پوشانده و حفاظت میکنند.

پروتئین مرموز · ORF10

سایر ویروس‌های کرونا ژن‌های کدکننده‌ی این پروتئین جانبی کوچک را ندارند بنابراین ما هنوز نمی‌دانیم که این پروتئین اصلا چه نقشی دارد.

سطر پایانی

?ژنوم کرونا ویروس با تکه ی کوچکی از RNAپایان میابد که فرآیند پروتئین سازی را متوقف میکند. و در نهایت این داستان با تکرار حروف aaaaaaaaaaaaaaaaa پایان میابد:

caaucuuuaaucaguguguaacauuagggaggacuugaaagagccaccacauuuucaccgaggccacgcggaguacgaucgaguguacagugaacaaugcuagggagagcugccuauauggaagagcccuaauguguaaaauuaauuuuaguagugcuauccccaugugauuuuaauagcuucuuaggagaaugacaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

پایان.

این نوشته ، ترجمه آزاد به همراه اندکی افزوده است از مقاله :

Bad News Wrapped in Protein: Inside the Coronavirus Genome.BY: Jonathan Corum & Carl Zimmer .The New York Times-April 3, 2020