ابزاری که می‌تواند ابتلا به ویروس کرونا را پیش بینی کند

ایران اکونومیست-محققان دانشگاه پن ایالت پنسیلوانیای آمریکا، چارچوبی ایجاد کرده‌اند که می‌توان بر اساس آن تغییرات اسیدآمینه در بدن و به دنبال آن ابتلای به ویروس کرونا را پیش بینی کرد.

کد خبر: ۳۹۲۴۳۰

تاریخ: ۰۹ مهر ۱۴۰۰ - ۱۲:۰۸

همانطور که سارس-کوو-۲ همچنان در حال تکامل است، انتظار می‌رود انواع جدیدی به وجود آید که ممکن است توانایی بیشتری در آلوده کردن میزبان خود و فرار از سیستم ایمنی میزبان داشته باشد. اولین مرحله کلیدی در عفونت زمانی است که پروتئین سنبله ویروس به گیرنده ACE۲ در سلول‌های انسانی متصل می‌شود. محققان دانشگاه پن ایالت پنسیلوانیای آمریکا، چارچوبی جدید ایجاد کرده‌اند که می‌تواند تغییرات اسید آمینه در پروتئین سنبله ویروس را با دقت معقول پیش بینی کند که ممکن است اتصال آن به سلول‌های انسانی را بهبود بخشیده و عفونت را به ویروس افزایش دهد.

این ابزار می‌تواند نظارت محاسباتی از سارس-کوو-۲ را فعال کرده و هشدار قبلی در مورد انواع بالقوه خطرناک با پتانسیل اتصال حتی بیشتر را ارائه دهد. این می‌تواند به اجرای اولیه اقدامات بهداشت عمومی برای جلوگیری از شیوع ویروس و حتی ممکن است به فرمولاسیون تقویت کننده واکسن کمک دهد.

سورش کوچی پودی، پروفسور بالینی علوم دامپزشکی و زیست پزشکی و مدیر دانشکده تشخیص حیوانات، پن ایالت در پنسیلوانیا می‌گوید: انواع جدید می‌تواند به طور بالقوه در انسان و سایر حیوانات مسری باشد؛ بنابراین بسیار مهم است که به طور پیشگیرانه ارزیابی کنیم چه تغییراتی در اسید آمینه ممکن است عفونی بودن ویروس را افزایش دهد. چارچوب ما یک ابزار قدرتمند برای تعیین تاثیر تغییرات اسید آمینه در پروتئین سنبله سارس-کوو-۲ است که بر توانایی این ویروس به گیرنده‌های ACE۲ در انسان و چندین گونه جانوری متصل می‌شود.

این تیم از یک روش محاسباتی جدید و دو مرحله‌ای برای ایجاد مدلی برای پیش بینی اینکه چه تغییراتی در اسید‌های آمینه (مولکول‌هایی که به هم متصل شده‌اند و پروتئین را تشکیل می‌دهند) در حوزه اتصال گیرنده (RBD) پروتئین سنبله سارس-کوو-۲ رخ دهد، استفاده کرد.

به گفته کوچی پودی، انواع موجود در حال گردش شامل یک یا چند جهش است که منجر به تغییر اسید آمینه در RBD پروتئین سنبله شده است.

او گفت: این تغییرات اسید آمینه ممکن است عفونت را از طریق مکانیسم‌های مختلف افزایش دهد. افزایش میل پیوندی RBD پروتئین سنبله با گیرنده ACE۲ انسانی یکی از این مکانیسم‌هاست.

کوچی پودی توضیح داد که اتصال پروتئین سنبله به گیرنده ACE۲ اولین و مهمترین مرحله در ورود ویروس به سلول است.

به گفته او استحکام اتصال بین RBD و ACE۲ به طور مستقیم بر پویایی عفونت و پیشرفت احتمالی بیماری تاثیر می‌گذارد. توانایی پیش بینی قابل اعتماد اثرات تغییر اسید آمینه ویروس در توانایی RBD آن برای تعامل قوی‌تر با گیرنده ACE۲ می‌تواند در ارزیابی پیامد‌های بهداشت عمومی و پتانسیل نفوذ و سازگاری با انسان و سایر حیوانات کمک کند.

کاستاس دی ماراناس، دونالد بی. برتون استاد گروه مهندسی شیمی در پن ایالت، توسعه روش جدید دو مرحله‌ای تیم را هدایت کرد. ابتدا، محققان قدرت پیش بینی تکنیکی موسوم به Molecular Mechanics-Generalized Born Surface Area (MM-GBSA) را برای اندازه گیری میل اتصال RBD برای ACE۲ مورد آزمایش قرار دادند. تجزیه و تحلیل MM-GBSA انواع مختلفی از مشارکت‌های انرژی را در ارتباط با اتصال RBD ویروس به گیرنده ACE۲ انسان خلاصه می‌کند. با استفاده از داده‌های انواع موجود، محققان دریافتند این تکنیک تنها تا حدی قادر به پیش بینی میزان اتصال RBDسارس-کوو-۲ برای ACE۲ است؛ بنابراین، ماراناس و تیم تحقیق استفاده از اصطلاحات انرژی حاصل از تجزیه و تحلیل MM-GBSA را به عنوان ویژگی‌هایی در مدل رگرسیون شبکه عصبی-نوعی الگوریتم یادگیری عمیق-بررسی کردند و مدل را با استفاده از داده‌های تجربی موجود در زمینه اتصال در انواع مختلف، آموزش دادند. آن‌ها دریافتند که می‌توانند با بیش از ۸۰ درصد دقت پیش بینی کنند که آیا برخی از اسید‌های آمینه باعث بهبود یا بدتر شدن میل اتصال به مجموعه داده مورد بررسی شده است.

به نظر می‌رسد این ترکیب MM-GBSA با رویکرد مدل شبکه عصبی در پیش بینی تاثیر تغییرات اسید آمینه که در طول آموزش مدل استفاده نمی‌شود، موثر باشد.

این مدل همچنین می‌تواند قدرت اتصال انواع مختلف اسید آمینه سارس-کوو-۲ را که در انواع آلفا، بتا، گاما و دلتا مشاهده شده است، پیش بینی کند. این ممکن است ابزار‌های محاسباتی برای پیش بینی چنین قرابت‌هایی در انواع هنوز کشف نشده فراهم کند. با این وجود، حتی اگر ابزار محاسباتی ما بتواند تغییرات اسید آمینه‌ای را پیدا کند که میل پیوند را بیشتر افزایش می‌دهد، هنوز در انواع موجود در گردش مشاهده نشده است. این ممکن است به این معنی باشد که چنین تغییراتی می‌تواند سایر الزامات عفونت مولد ویروس را مختل کند. این یک یادآوری است که اتصال با گیرنده ACE۲ یک داستان کامل نیست.

این یافته‌ها در مجله Proceedings of the National Academy of Science منتشر شد.

ماراناس گفت: روش ما چارچوبی برای غربالگری تغییرات وابستگی ناشی از تغییرات ناشناخته اسید آمینه تک و چندگانه ایجاد می‌کند؛ بنابراین، یک ابزار ارزشمند برای ارزیابی انواع ویروسی در حال گردش و آینده نگر از نظر میل به ACE۲ و عفونت بیشتر ارائه می‌دهد.

کوچی پودی افزود: سارس-کوو-۲ می‌تواند میزبان را در نتیجه افزایش تماس بین ویروس و میزبان‌های احتمالی جدید تغییر دهد. این ابزار می‌تواند به درک داده‌های عظیم توالی ویروس توسط نظارت ژنومی کمک کند.