נחשפה המפה האטומית התלת-מימדית של האנזים העיקרי בנגיף הקורונה

על מנת להבין טוב יותר כיצד נגיף הקורונה החדש מתנהג וכיצד ניתן לבלום את התפשטותו, מדענים הצליחו לקבל את המפה התלת-מימדית החושפת את המיקום של כל אטום ואטום במולקולת האנזים החיוני לשכפול של הנגיףSARS-CoV-2 

[תרגום מאת ד”ר משה נחמני]

חוקרים במעבדה הלאומית אוק רידג’ של משרד האנרגיה של ארה”ב עשו שימוש בשיטה של פיזור נויטרונים (neutron scattering) על מנת לזהות מידע חשוב שיוכל לשפר את יעילות התרופות המעכבות את הנגיף תוך חסימת מנגנון השכפול העצמי של הנגיף. ממצאי המחקר החדש פורסמו זה מכבר בכתב העת המדעי Journal of Biological Chemistry.

נגיף ה-SARS-CoV-2, הנגיף האחראי למחלת הקוביד-19, מכיל שרשראות ארוכות של חלבונים המורכבות מכ-1900 שיירים של חומצות אמינו. על מנת שהנגיף יתרבה, שרשראות אלו צריכות להתפרק ולהיחתך למקטעים קצרים יותר על ידי אנזים ששמו פרוטאז עיקרי. אנזים הפרוטאז הפעיל נוצר משתי מולקולות חלבון זהות המוחזקות יחדיו על ידי קשרי מימן. פיתוח תרופה המעכבת או חוסמת את פעילות האנזים הזה יימנע מהנגיף מלהשתכפל ולהתפשט לתאים אחרים בגוף. “מידע חדש זה הוא בדיוק מה שנדרש על מנת לתכנן מעכבים בעלי רמה גבוהה יותר של בררנות, עובדה המבטיחה כי מולקולות המעכבים תיקשרנה באופן הדוק מאוד ליעדים תוך פרוק האנזים”, מסביר הכותב הראשי של המאמר המתאר את ממצאי המחקר, Andrey Kovalevsky. 

מיפוי המיקום של כל אטום מימן

ניסויים באלומת נויטרונים גילו בשלב הראשון כי האתר המכיל את חומצות האמינו שם שרשראות החלבון נחתכות קיים במצב פעיל טעון שלילית ולא במצב ניטרלי, בניגוד להשערות קודמות. בשלב השני, החוקרים מיפו את המיקום של כל אטום מימן באותן נקודות שהמעכבים אמורים להיקשר אליהן באנזים הפרוטאז, וכן מדדו את המטענים החשמליים של חומצות האמינו הנמצאות שם. במסגרת הניסויים ניתן היה גם למפות את כלל רשת קשרי המימן בין מולקולות החלבון המחזיקות יחדיו את האנזים המאפשרות ליזום את התהליך הכימי של חיתוך שרשראות החלבון. “מחצית מהאטומים בכל חלבון הם לרוב אטומי מימן. אטומים אלו מהווים שחקנים ראשיים בפעילות האנזים והם חיוניים לאופן הקישור של תרופות לאנזימים,” מסביר החוקר. אם אנחנו לא יודעים מהם מיקומיהם של מימנים אלו וכיצד המטען החשמלי מפוזר בתוך החלבון, לא נוכל לתכנן באופן יעיל מעכבים לאותו אנזים”.

מחקר הנויטרונים של צוות המחקר מתבסס על מחקר קודם שפורסם בכתב העת המדעיNature Communications, תוך יצירת מבנה אטומי שלם של אנזים הפרוטאז. החוקרים גם אפשרו לנתונים שהתקבלו להיות זמינים (הנתונים הזמינים) לציבור הרחב ולקהילייה המדעית עוד לפני פרסומם של שני המאמרים, וזאת במטרה להאיץ את פיתוח הפתרונות למגיפה העולמית.

נויטרונים הם אמצעי יעיל לבחינת מבנים ביולוגיים מאחר והם אינם הרסניים ורגישים במיוחד ליסודות קלים כדוגמת אטומי מימן. “ייתכן כי זהו המבנה החלבוני המהיר ביותר שהתקבל מעולם בעזרת שיטת פיזור נויטרונים. התחלנו את ניסויי הנויטרונים שלנו בחודש מאי, ובתוך חמישה חודשים הצלחנו לקבל את המבנה הסופי ולפרסם אותו. בדרך כלל תוצאות כאלו מתקבלות בתוך שנים אחדות ולא בתוך חודשים קצרים”. כעת, צוות המחקר, וחוקרים אחרים בעולם העוסקים בתחום, יוכלו להשתמש במידע החדש שהתקבל על מנת לחקור את תכונות הקישור שבין מולקולות המועמדות להיות תרופות במטרה לפתח שיטות ריפוי משופרות במאבק כנגד נגיף הקוביד-19.  

תקציר המאמר    הידיעה על המחקר

עוד בנושא באתר הידען:

• מדענים ישראלים זיהו 23 רצפי חלבון חדשים בקורונה * 3M תרמה לפיתוח חיסון באוני’ ת”א
• בדיקת קורונה חדשה מאתרת דנ”א נגיפי בתוך דקות
• חוקרת מהאוניברסיטה העברית: הנגיף החדש שינה את פניו בהשוואה לסארס ויהיה קשה לנטרול
• זיהוי מלכודת ומציאת נוגדן אולטימטיבי לקורונה