عکس جهش‌های مختلف کرونا زیر میکروسکوپ

در ماه فوریه، زمانی که کروناویروس جدید سراسر چین را فرا گرفت و کل شهرها را تعطیل کرد، دانشمندی به نام سای لی تصمیم گرفت تا پرتره آن را ترسیم کند.

در آن زمان، بهترین عکس‌هایی که هر کسی موفق به گرفتن آن شده بود، تصاویری با وضوح پایین بود که در آن ویروس مانند لکه‌ای به سختی قابل تشخیص به نظر می‌رسید.

دکتر لی، زیست‌شناس ساختاری در دانشگاه تسینگ‌هوا در پکن، با ویروس‌شناسانی که ویروس را در آزمایشگاه ایمنی زیستی در شهر هانگژو پرورش می‌دادند، پیوست. محققان ویروس‌ها را با مواد شیمیایی آغشته کردند تا بی ضرر شوند و سپس آنها را برای دکتر لی فرستادند.

سپس دکتر لی و همکارانش مایع مملو از ویروس را از یک چهارم به پایین تا یک قطره متمرکز کردند.

دکتر لی با احتیاط قطره را در کسری از ثانیه منجمد کرد. اگر کوچکترین اشتباهی مرتکب میشد، کریستال‌های یخ می‌توانستند ویروس‌ها را از هم جدا کنند.

دکتر لی تکه‌های یخ را در یک میکروسکوپ کرایو الکترونی قرار داد. دستگاه پرتوهای الکترون را به سمت نمونه شلیک کرد. هنگامی که آنها از اتم های داخل پرش کردند، کامپیوتر دکتر لی آنچه را که میکروسکوپ دیده بود بازسازی کرد. وقتی تصویر شکل گرفت، او غافلگیر شد.

او توانست هزاران ویروس کرونا را ببیند که در یخ مانند دانه‌های ژله‌ای در یک شیشه بسته‌بندی شده‌ بودند. آنها به زیبایی دست نخورده بودند و به او اجازه دادند تا جزئیات ویروس‌هایی را که کمتر از یک میلیونیم اینچ اندازه گیری می‌کردند، بررسی کند.

در اوایل سال جاری، دکتر آمارو و سایر محققان توجه خود را به پروتئین‌هایی به نام spikes معطوف کردند که سطح ویروس را مطالعه می‌کنند. پروتئین‌های اسپایک وظیفه‌ای ضروری دارند: آنها به سلول‌های راه هوایی ما می‌چسبند تا ویروس بتواند به داخل آن بلغزد. اما به زودی مشخص شد که این نام اشتباه است. پروتئین سنبله تیز، باریک یا سفت نیست.

هر پروتئین سنبله با دو پروتئین دیگر به هم می‌چسبد و ساختاری را تشکیل می‌دهد که شکل لاله مانند دارد. یک ساقه بلند پروتئین‌ها را به ویروس متصل می‌کند و قسمت بالایی آنها مانند یک گل سه قسمتی به نظر می‌رسد.

دکتر هامر گفت: "شما می‌توانید این گل‌ها را در حال تکان دادن با انواع زوایای خمشی ببینید." "داشتن ساقه بلند و باریک و انعطاف پذیری بسیار شگفت انگیز است."

دکتر هامر حدس زد که انعطاف‌پذیری سنبله برای موفقیت ویروس مهم است. سنبله با جارو زدن به اطراف، شانس خود را برای مواجهه با پروتئین در سطح سلول‌های ما که برای چسباندن از آن استفاده می‌کند، افزایش می‌دهد.

با این حال، هنگامی که آنها به اطراف می‌چرخند، میخ ها می‌توانند توسط آنتی بادی ها، سربازان قدرتمند سیستم ایمنی ما مورد حمله قرار گیرند.

ژنوم چیزی فراتر از یک کتاب آشپزی است. این رشته به شکل یک درهم پیچیده شیطانی جمع می‌شود و این پیچیدگی برای بهره‌برداری ویروس از سلول‌های ما بسیار مهم است.

بخش کوچکی از ژنوم کروناویروس نشان می‌دهد چگونه به شکل حلقه‌ها تا می‌شود. در بعضی جاها فقط حلقه‌های جانبی کوتاهی تشکیل می‌داد. در جاهای دیگر، صدها حروف RNA به حلقه‌های بزرگی که حلقه‌هایی جدا می‌شدند و حلقه‌های بیشتری از آن‌ها خارج می‌شدند.

پس از اینکه ویروس وارد سلول انسانی شد، ریبوزوم‌های ما به رشته‌های RNA آن متصل می‌شوند و مانند یک ترن هوایی که در امتداد یک مسیر حرکت می‌کند، به سمت پایین سر می‌خورند. همانطور که ریبوزوم‌ها از روی حروف ژنتیکی عبور می‌کنند، پروتئین‌هایی با ساختارهای مربوطه می‌سازند. دانشمندان گمان می‌کنند که حلقه‌های RNA ممکن است خودروی ترن هوایی را از مسیر خود پرتاب کنند و سپس آن را به نقطه‌ای در هزاران نقطه دورتر هدایت کنند.

حلقه‌های دیگر، ریبوزوم را مجبور می‌کنند تا کمی پشتیبان بگیرد و سپس دوباره به جلو حرکت کند. این سکسکه کوچک می‌تواند باعث شود که ویروس پروتئین‌های کاملاً متفاوتی را از همان بخش RNA بسازد.

جوزف پوگلیسی، زیست شناس ساختاری در استنفورد و همکارانش پروتئین‌های Nsp۱ و ریبوزوم‌ها را در لوله‌های آزمایش با هم مخلوط کردند. آنها دریافتند که پروتئین‌ها به طور منظم به کانال‌های داخل ریبوزوم می‌لغزند، جایی که RNA در حالت عادی قرار می‌گیرد.

کروناویروس‌ها می‌توانند سلول‌های انسانی را برای تشکیل اتاقک‌های جدید برای نگهداری مواد ژنتیکی خود تحریک کنند. اما هنگامی که مونتسرات بارسنا، میکروسکوپیست در مرکز پزشکی دانشگاه لیدن در هلند، آن اتاق‌ها را بررسی کرد، گیج شد: به نظر می‌رسید هیچ سوراخی در غشاها وجود ندارد و هیچ مسیری برای ورود یا خروج RNA وجود ندارد.

یکی از پروتئین‌های ویروس کرونا به نام Nsp۳ به داخل یک تونل جمع می‌شود و سپس خود را به غشاها متصل می‌کند.

رشته‌های جدید RNA کروناویروس، در داخل اتاقک‌های ایجاد شده توسط ویروس ایجاد می‌شوند. محفظه‌ها با پروتئین‌های ویروسی کوچک پوشانده شده‌اند که ممکن است راه‌های فرار RNA باشند.

مونتاژ کردن ویروس‌های جدید

در عرض چند ساعت، یک سلول آلوده می‌تواند هزاران ژنوم ویروس جدید بسازد. ریبوزوم‌های سلول، ژن‌های خود را می‌خوانند و حتی پروتئین‌های ویروسی بیشتری را بیرون می‌فرستند. در نهایت، برخی از این پروتئین‌ها و ژنوم‌های جدید خود را جمع می‌کنند تا ویروس‌های جدیدی بسازند.

این کار آسانی نیست، زیرا رشته ژن‌های ویروس کرونا صد برابر بیشتر از خود ویروس است.

دکتر آمارو و همکارانش امیدوارند از ویروس‌های شبیه سازی شده برای مقابله با یکی از بحث برانگیزترین سؤالات مربوط به کووید-۱۹ استفاده کنند: "چگونگی انتشار ویروس از فردی به فرد دیگر."

هنگامی که افراد آلوده بازدم انجام می‌دهند، صحبت یا سرفه می‌کنند، قطرات ریز آب مملو از ویروس را رها می‌کنند.

داروها و واکسن‌ها

توسعه دهندگان واکسن ساختار ویروس را مطالعه می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که آنتی بادی‌های ساخته شده توسط واکسن‌ها، محکم به ویروس می‌چسبند. توسعه دهندگان دارو در حال ساخت مولکول هایی هستند که ویروس را با لغزش در گوشه‌ها و سوراخ‌های پروتئین‌ها و ساختار آنها را مختل می‌کنند.

تحقیقات آینده

در حالی که در چند ماه گذشته سیل داده‌ها در مورد ویروس ارائه شده است، برخی از مطالعات به وضوح نشان داده‌اند که سال‌ها طول می‌کشد تا بتوان ویروس کرونا را درک کرد.