دانشمندان برای نخستین بار حمله واقعی آنتی‌بادی‌ها به ویروس‌ها را مشاهده کردند

پژوهشگران موفق شده‌اند با استفاده از فناوری نوینی موسوم به نانودیسک (Nanodisc) نحوه تعامل آنتی‌بادی‌ها با ویروس‌ها را در شرایطی بسیار نزدیک به وضعیت واقعی مشاهده کنند. دستاوردی که می‌تواند راه را برای طراحی واکسن‌های موثرتر علیه ویروس‌های پیچیده‌ای مانند HIV، ابولا، آنفلوآنزا و حتی SARS-CoV-۲ هموار کند.

به گزارش ساینس دیلی، محققان موسسه تحقیقاتی اسکریپس با همکاری سازمان IAVI و دیگر مراکز علمی پلتفرمی جدید توسعه داده‌اند که امکان مطالعه پروتئین‌های سطحی ویروس‌ها را در محیطی مشابه غشای طبیعی آنها فراهم می‌کند. نتایج این پژوهش در نشریه Nature Communications منتشر شده است.

مشکل بزرگ در مطالعه ویروس‌ها

ویروس‌ها برای آلوده کردن سلول‌های انسانی از پروتئین‌های ویژه‌ای استفاده می‌کنند که سطح خارجی آنها را پوشانده است. این پروتئین‌ها هدف اصلی سیستم ایمنی و همچنین بسیاری از واکسن‌ها هستند. با این حال دانشمندان تاکنون برای بررسی این پروتئین‌ها ناچار بودند نسخه‌های آزمایشگاهی ساده‌شده‌ای از آنها را تولید کنند. در این نسخه‌ها معمولا بخش‌هایی از پروتئین که در غشای ویروس قرار دارند حذف می‌شود تا تولید و مطالعه آنها آسان‌تر باشد.

این ساده‌سازی اگرچه انجام آزمایش‌ها را تسهیل می‌کند، اما باعث می‌شود رفتار واقعی پروتئین‌ها و نحوه شناسایی آنها توسط آنتی‌بادی‌ها به‌طور کامل قابل مشاهده نباشد. در نتیجه اطلاعات مهمی درباره مکانیسم خنثی‌سازی ویروس‌ها از دست می‌رود.

فناوری نانودیسک شبیه‌سازی غشای واقعی ویروس

برای رفع این محدودیت تیم تحقیقاتی از فناوری نانودیسک استفاده کرد. در این روش پروتئین‌های ویروسی درون ذرات بسیار کوچکی از لیپید‌ها قرار می‌گیرند که ساختاری شبیه غشای طبیعی ویروس ایجاد می‌کنند.

این نانودیسک‌ها مانند بخش کوچکی از پوشش خارجی ویروس عمل کرده و باعث می‌شوند پروتئین‌ها شکل و عملکرد طبیعی خود را حفظ کنند. در نتیجه دانشمندان می‌توانند تعامل میان آنتی‌بادی‌ها و ویروس را با دقت بسیار بیشتری مشاهده کنند.

ویلیام شیف، استاد موسسه اسکریپس و مدیر طراحی واکسن در مرکز آنتی‌بادی‌های خنثی‌کننده IAVI می‌گوید: سال‌ها مجبور بودیم از نسخه‌هایی از پروتئین‌های ویروسی استفاده کنیم که بخش‌های مهمی از ساختار آنها حذف شده بود. اکنون این پلتفرم به ما اجازه می‌دهد این پروتئین‌ها را در محیطی بسیار نزدیک به شرایط طبیعی مطالعه کنیم، موضوعی که برای درک نحوه شناسایی ویروس توسط آنتی‌بادی‌های محافظتی حیاتی است.

کشف جزئیات پنهان در ویروس HIV

برای ارزیابی دقیق این فناوری محققان روی ویروس HIV تمرکز کردند. ویروسی که توسعه واکسن مؤثر برای آن دهه‌هاست یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های علم پزشکی به شمار می‌رود.

آنها ناحیه‌ای از پروتئین سطحی HIV را که در نزدیکی غشای ویروس قرار دارد بررسی کردند. این بخش هدف گروهی از آنتی‌بادی‌های قدرتمند است که می‌توانند طیف گسترده‌ای از گونه‌های HIV را خنثی کنند.

تصاویر ساختاری با وضوح بالا که با استفاده از سیستم نانودیسک به دست آمد نشان داد آنتی‌بادی‌ها چگونه در محیط واقعی به این ناحیه متصل می‌شوند. این تصاویر همچنین تعاملات جدیدی را در محل تماس پروتئین و غشا آشکار کرد، جزئیاتی که در مطالعات قبلی قابل مشاهده نبود.

به گفته پژوهشگران این یافته‌ها نشان می‌دهد برخی آنتی‌بادی‌ها احتمالا با برهم زدن ساختار‌های ضروری ویروس توانایی آن را برای آلوده کردن سلول‌ها از بین می‌برند. چنین دانشی می‌تواند در طراحی واکسن‌هایی که تولید همین نوع پاسخ ایمنی را تحریک می‌کنند بسیار ارزشمند باشد.

کیمو رانتالاینن، نویسنده اصلی مطالعه می‌گوید: این ساختار‌ها سطحی از جزئیات را در اختیار ما قرار دادند که پیش از این دسترسی به آن ممکن نبود. ما توانستیم تعاملات جدیدی را در مرز میان پروتئین و غشا مشاهده کنیم و درک کنیم چرا این تعاملات برای عملکرد آنتی‌بادی‌ها اهمیت دارند.

کاربرد فراتر از HIV

محققان علاوه بر HIV این فناوری را روی پروتئین‌های ویروس ابولا نیز آزمایش کردند. نتایج نشان داد آنتی‌بادی‌ها در این مورد نیز قادر به شناسایی و اتصال مؤثر به پروتئین‌های ویروسی در محیط شبیه‌سازی‌شده بودند.

این موفقیت نشان می‌دهد که فناوری نانودیسک محدود به یک ویروس خاص نیست و می‌تواند برای مطالعه سایر ویروس‌های دارای پروتئین‌های غشایی، از جمله آنفلوآنزا و SARS-CoV-۲ نیز مورد استفاده قرار گیرد.

تسریع فرآیند توسعه واکسن

یکی دیگر از مزایای این پلتفرم سرعت بالاتر آن در بررسی پاسخ‌های ایمنی است. نانودیسک‌ها می‌توانند به‌عنوان نوعی طعمه مولکولی عمل کرده و سلول‌های ایمنی‌ای را که پروتئین‌های ویروسی را شناسایی می‌کنند جذب کنند.
این قابلیت به پژوهشگران اجازه می‌دهد پاسخ بدن به نامزد‌های مختلف واکسن را با دقت بیشتری ارزیابی کنند. همچنین فرآیند‌هایی که پیش از این ممکن بود بیش از یک ماه زمان ببرند اکنون در حدود یک هفته قابل انجام هستند.

ابزاری برای واکسن‌های نسل آینده

پژوهشگران تأکید می‌کنند که این فناوری خود یک واکسن نیست بلکه ابزاری قدرتمند برای بهبود فرآیند طراحی و ارزیابی واکسن‌ها محسوب می‌شود.

به باور آنها مطالعه پروتئین‌های ویروسی در شرایطی نزدیک به محیط واقعی می‌تواند درک دانشمندان از نحوه عملکرد آنتی‌بادی‌ها را متحول کرده و توسعه واکسن‌های نسل جدید علیه برخی از دشوارترین ویروس‌های جهان را سرعت ببخشد.

شیف در پایان می‌گوید: این فناوری روشی واقع‌گرایانه‌تر و دقیق‌تر برای آزمایش ایده‌های جدید در مراحل اولیه فراهم می‌کند. امیدواریم این پلتفرم بتواند به پیشرفت واکسن‌های آینده علیه چالش‌برانگیزترین ویروس‌های جهان کمک کند.