Koronavirüs yeni olabilir, ancak doğa uzun zaman önce insanlara onu tanıması için araçlar verdi, en azından mikroskobik ölçekte: antikorlar, kilitlenebilen Y-şekilli bağışıklık proteinleri patojenler üzerine ve onları sızan hücrelerden bloke edin.
Milyonlarca yıllık evrim, bu proteinleri bugün oldukları hastalıklarla savaşan silahlara dönüştürdü. Ancak sadece birkaç ay içinde, insan ve makine zekasının birleşimi, Doğa Ana’yı kendi oyununda yenmiş olabilir.
Washington Üniversitesi’ndeki bir araştırma ekibi, hesaplama araçlarını kullanarak, laboratuvarda koronavirüse karşı aşındırıldığında, ona en az bir antikor kadar saldırabilen ve tecrit edebilen bir molekülü sıfırdan tasarladı ve inşa etti. . Farelerin ve hamsterların burunlarına püskürtüldüğünde, hayvanları ciddi şekilde hasta olmaktan koruyor gibi görünüyor.
Koronavirüsün üzerinde glom yeteneği nedeniyle mini bağlayıcı olarak adlandırılan bu molekül, dondurularak kurutulmuş halde toplu halde sevk edilebilecek kadar küçük ve yeterince kararlıdır. Bakteriler ayrıca bu mini bağlayıcıları yaymak için tasarlanabilir, bu da onları potansiyel olarak sadece etkili değil, aynı zamanda ucuz ve kullanışlı hale getirir.
Ekibin ürünü hala geliştirmenin çok erken aşamalarındadır ve yakın zamanda piyasada olmayacaktır. Ancak biyokimyacı David Baker tarafından yönetilen projenin arkasındaki araştırmacılardan biri olan Lauren Carter, şimdiye kadar “çok umut verici görünüyor” dedi. Sonunda, sağlıklı insanlar mini bağlayıcıları burun spreyi olarak kendi kendine uygulayabilir ve potansiyel olarak herhangi bir gelen koronavirüs partikülünü uzak tutabilir.
“En zarif uygulama komodininizde sakladığınız bir şey olabilir,” dedi Dr. Carter. “Rüya böyle bir şey.”
Mini bağlayıcılar antikor değildir, ancak virüsü büyük ölçüde benzer şekillerde engellerler. Koronavirüs, bir tür kilit-ve-anahtar etkileşimi kullanarak bir hücreye girer ve belirli insan hücrelerinin dış kısımlarını süsleyen ACE-2 adlı moleküler bir kilide sivri uç (anahtar) adı verilen bir proteini yerleştirir. İnsan bağışıklık sistemi tarafından yapılan antikorlar bu sürece müdahale edebilir.
Birçok bilim insanı, bu antikorların toplu olarak üretilen taklitlerinin, Covid-19’lu insanları tedavi etmeye veya enfekte olduktan sonra hastalanmalarını önlemeye yardımcı olabileceğini umuyor. Ancak, özellikle bir enfeksiyon devam ediyorsa, koronavirüsü dizginlemek için çok sayıda antikora ihtiyaç vardır. Antikorların üretilmesi ve insanlara iletilmesi de zahmetlidir.
Daha az titiz bir alternatif geliştirmek için, biyokimyacı Longxing Cao liderliğindeki Baker laboratuvarının üyeleri hesaplamalı bir yaklaşım benimsedi. Araştırmacılar, milyonlarca varsayımsal, laboratuvarda tasarlanmış proteinin başak ile nasıl etkileşime gireceğini modellediler. Sırayla kötü performans gösterenleri ayıkladıktan sonra ekip, grup arasından en iyisini seçti ve bunları laboratuvarda sentezledi. Bilgisayar ve tezgah arasında gidip gelerek, simülasyonla gerçekliği olabildiğince yakından eşleştirmek için tasarımlarla uğraşarak haftalar geçirdiler.
Takımın geçen ay Science’ta bildirdiğine göre, sonuç, kendini virüse kolayca yapıştıran tamamen ev yapımı bir mini bağlayıcıydı.
Cornell Üniversitesi’nde araştırmaya dahil olmayan bir kimya mühendisi olan Asher Williams, “Bu, sadece doğal proteinler oluşturmaktan bir adım daha ileri gidiyor” dedi. Dr. Williams, başka amaçlar için uyarlanırsa, ” bu biyoinformatik için büyük bir kazanç olur.”
Ekip şimdi, laboratuvar bilgisayarlarına protein tasarımının yinelemeli deneme yanılma sürecini düzene sokmayı öğretebilecek derin öğrenme algoritmalarıyla uğraşıyor ve aylar yerine haftalar içinde ürünler üretiyor, dedi Dr. Baker.
Ancak mini bağlayıcı yaklaşımının yeniliği de bir dezavantaj olabilir. Örneğin, koronavirüsün mutasyona uğraması ve DIY molekülüne dirençli hale gelmesi mümkündür.
Seattle merkezli biyofarmasötik şirketi Neoleukin’de biyokimyacı olan Daniel-Adriano Silva, daha önce Washington Üniversitesi’nde Dr. Baker ile eğitim almış olabilir. Direnç sorununu çözebilecek başka bir strateji geliştirin.
Ekibi ayrıca virüsün hücreleri istila etmesini durdurabilecek bir protein tasarladı, ancak onların DIY molekülü biraz daha tanıdık. İnsan proteini ACE-2’nin daha küçük, daha sağlam bir versiyonudur – virüs üzerinde çok daha güçlü bir tutuşa sahiptir, bu nedenle molekül potansiyel olarak patojeni savunmasız hücrelerden uzaklaştıran bir tuzak görevi görebilir.
Neoleukin ile projelerinde ortak olan California Institute of Technology’de yapısal bir biyolog olan Christopher Barnes, direnç geliştirmenin boşuna olacağını söyledi. Artık tuzak tarafından bağlanamayan bir koronavirüs türü, muhtemelen gerçek şeye, ACE-2’nin insan versiyonuna bağlanma yeteneğini de kaybedecektir. Dr. Barnes, “Bu, virüs için büyük bir fitness maliyeti” dedi.
Mini bağlayıcılar ve ACE-2 tuzaklarının her ikisinin de yapılması kolaydır ve binlerce doları yüksek fiyat etiketleri taşıyabilen sentetik antikorlara kıyasla muhtemelen sadece bir kuruşa mal olur, Dr. Carter dedim. Ve antikorların uzun ömürlülüğü korumak için soğuk tutulması gerekirken, DIY proteinleri oda sıcaklığında veya daha da aşırı koşullarda gayet iyi çalışacak şekilde tasarlanabilir. Dr. Cao, Washington Üniversitesi mini bağlayıcısının “kaynatılabilir ve yine de sorun yok” dedi.
Bu dayanıklılık, bu moleküllerin taşınmasını ve çeşitli şekillerde, belki de bir tedavi olarak kan dolaşımına enjekte edilerek uygulanmasını kolaylaştırır. devam eden enfeksiyon.
İki tasarımcı molekül de virüsü süper sıkı bir şekilde sıkıştırarak daha az şeyin daha fazlasını yapmasına izin verir. Araştırmaya dahil olmayan Michigan Üniversitesi’nden biyokimyacı Attabey Rodríguez Benítez, “Bunu iyi bağlayan bir şeye sahipseniz, o kadar fazla kullanmak zorunda değilsiniz” dedi. “Bu, paranızın karşılığını daha çok alıyorsunuz demektir.”
Her iki araştırma grubu da ürünlerini yalnızca enfeksiyonla mücadele etmek için değil, aynı zamanda bir şekilde kısa ömürlü bir aşı gibi doğrudan önlemek için potansiyel araçlar olarak araştırıyor. Makalelerinde açıklanan bir dizi deneyde, Neoleukin ekibi ACE-2 tuzaklarını hamsterların burunlarına buğuladı ve ardından hayvanları koronavirüse maruz bıraktı. Tedavi edilmeyen hamsterler tehlikeli bir şekilde hastalandılar, ancak burun spreyi verilen hamsterler çok daha iyi sonuç verdi.
Dr. Carter ve meslektaşları şu anda mini ciltleyicileriyle benzer deneyler yürütüyor ve karşılaştırılabilir sonuçlar görüyor.
Araştırmacılar, bu bulguların insanlara tercüme edilemeyebileceği konusunda uyardı. Ve hiçbir ekip, ürünlerini hayvanlara veya insanlara uygulamak için henüz mükemmel bir yol bulmadı.
İleride, iki tür tasarımcı proteinin birlikte çalışması için fırsatlar olabilir – aynı üründe değilse bile, en azından pandemi şiddetlendikçe aynı savaşta. Dr. Carter, “Bu çok tamamlayıcı,” dedi. Her şey yolunda giderse, bunun gibi moleküller, virüsle savaşmak için halihazırda mevcut olan halk sağlığı önlemleri ve ilaçların artan cephaneliğine katılabilir, dedi ki: “Bu, sahip olabileceğiniz başka bir araçtır.”
[Facebook’taki Science Times sayfasını beğenin.| Science Times bültenine kaydolun.]
