พลังกายภาพอธิบายว่าทำไมสายพันธุ์ COVID บางชนิดจึงมีความรุนแรงมากกว่าสายพันธุ์อื่น – Physics World

พลังกายภาพอธิบายว่าทำไมสายพันธุ์ COVID บางชนิดจึงมีความรุนแรงมากกว่าสายพันธุ์อื่น – Physics World

ประทับเวลา: 30 มกราคม 2024 4:00 น
โหนดต้นทาง: 3091281


รูปภาพของศิลปินแสดงไวรัสหลายตัวในสภาพแวดล้อมที่มีของเหลวปั่นป่วนซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ของมนุษย์
ภาพประกอบของไวรัสหลายตัวในสภาพแวดล้อมที่มีของเหลวปั่นป่วนซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์ของมนุษย์ (เอื้อเฟื้อโดย: กลุ่มชีวฟิสิกส์คอมพิวเตอร์ – มหาวิทยาลัยออเบิร์น)

การศึกษาใหม่เกี่ยวกับความเสถียรเชิงกลของพันธะระหว่างสไปค์โปรตีนบนไวรัส SARS-CoV-2 และตัวรับบนเซลล์ของมนุษย์ในระหว่างการติดเชื้อ เผยให้เห็นความแตกต่างในความเสถียรในการจับของไวรัสสายพันธุ์ต่างๆ เช่น Omicron และ Delta การค้นพบนี้จากนักวิจัยในเนเธอร์แลนด์ เยอรมนี และสหรัฐอเมริกา อาจช่วยอธิบายได้ว่าทำไมตัวแปรบางชนิดจึงแพร่กระจายได้เร็วกว่าตัวอื่นๆ

SARS-CoV-2 ซึ่งเป็นไวรัสที่ก่อให้เกิดโรคโควิด-19 ประกอบด้วยโปรตีนที่มีโครงสร้างสี่ชนิด: ซองจดหมาย (E); เมมเบรน (M); นิวคลีโอแคปซิด (N); และสไปค์ (S) โปรตีน M, E และ S มีความสำคัญต่อการประกอบและสร้างชั้นนอกสุดของไวรัส รวมถึงกลไกที่ไวรัสเข้าสู่เซลล์เจ้าบ้าน ในขณะเดียวกัน เอ็นโปรตีน จะห่อหุ้มข้อมูลทางพันธุกรรมของไวรัส

เทคนิคแหนบแม่เหล็ก

ในงานชิ้นใหม่นี้มีทีมงานนำโดยนักฟิสิกส์ ยาน ลิปเฟิร์ต of มหาวิทยาลัยอูเทรคต์ในประเทศเนเธอร์แลนด์ ใช้เทคนิคที่มีความไวสูงที่เรียกว่าแหนบแม่เหล็กเพื่อศึกษาคุณสมบัติทางชีวกลศาสตร์ของพันธะเคมีในไวรัส SARS-CoV-2 ภายใต้สภาวะที่เลียนแบบระบบทางเดินหายใจของมนุษย์ การทดสอบของพวกเขาใช้โครงสร้างโปรตีนที่รวมโดเมนที่มีผลผูกพันกับตัวรับของไวรัส (โดยพื้นฐานแล้วคือส่วนปลายของโปรตีนสไปค์) และโดเมนนอกเซลล์ที่เรียกว่า ACE2 (ตัวรับเซลล์ของไวรัสและเป็นจุดเริ่มต้นสำคัญในเซลล์ของมนุษย์) ส่วนประกอบทั้งสองนี้เชื่อมต่อกันผ่านตัวเชื่อมโยงเปปไทด์ที่ยืดหยุ่น

นอกจากนี้ โครงสร้างของเรายังมีแท็กเปปไทด์เพื่อติดปลายด้านหนึ่งไว้ที่พื้นผิว และปลายด้านหนึ่งติดกับลูกปัดแม่เหล็กขนาดเล็ก” Lipfert อธิบาย “การใช้โครงสร้างนี้ทำให้เราสามารถใช้แรงที่ปรับเทียบได้อย่างแม่นยำกับส่วนต่อประสานของโปรตีนของไวรัสที่จับกับตัวรับเซลล์ของมัน”

เนื่องจากหุ้นส่วนที่มีผลผูกพันทั้งสองนั้นเชื่อมโยงกันด้วยตัวเชื่อมโยง พวกเขาจึงสามารถผูกใหม่ได้หลังจากที่พันธะขาด เขากล่าวเสริม “สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถศึกษาปฏิสัมพันธ์ซ้ำแล้วซ้ำเล่าในกองกำลังที่แตกต่างกัน”

การผูกมัดที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น

นักวิจัยพบว่าแม้ว่าสายพันธุ์หลักของ SARS-CoV-2 ทั้งหมด (รวมถึงอัลฟ่า, เบต้า, แกมมา, เดลต้า และโอไมครอน) มีความสัมพันธ์กับเซลล์ของมนุษย์สูงกว่าสายพันธุ์ดั้งเดิม แต่การจับของสายพันธุ์อัลฟ่านั้นมีความเสถียรทางกลไกเป็นพิเศษ สิ่งนี้สามารถอธิบายได้ว่าทำไมมันถึงแพร่กระจายอย่างรวดเร็วในช่วงปลายปี 2020 และต้นปี 2021 ในประชากรที่มีภูมิคุ้มกันต่อไวรัสเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย

อย่างไรก็ตาม พวกเขายังพบว่าตัวแปรเดลต้าและโอไมครอนล่าสุดไม่จำเป็นต้องผูกมัดอย่างแน่นหนามากกว่าตัวแปรอื่นๆ ซึ่งหมายความว่าต้องพิจารณากระบวนการอื่นเมื่อคาดการณ์ว่าตัวแปรใดที่อาจแพร่หลายมากขึ้น

ลิปเฟิร์ตและเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าแนวคิดเริ่มแรกของพวกเขาในช่วงต้นของการแพร่ระบาดคือการใช้สเปกโทรสโกปีเพื่อศึกษาว่าไวรัสโคโรนาจับกับเซลล์อย่างไร “ในเดือนกุมภาพันธ์และมีนาคม 2020 เราสงสัยว่าความเชี่ยวชาญของเราในด้านชีวฟิสิกส์จะช่วยต่อสู้กับโรคระบาดทั่วโลกได้อย่างไร” Lipfert อธิบาย “ในขณะที่เรากำลังพัฒนาการทดสอบครั้งแรกซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในฉบับก่อนพิมพ์ในฤดูใบไม้ร่วงปี 2020 และในที่สุดก็ตีพิมพ์ใน PNASความกังวลรูปแบบต่างๆ ก็ได้อุบัติขึ้นและแพร่กระจายไปทั่วโลก สิ่งนี้ทำให้เราถามคำถามโดยธรรมชาติว่าการทดสอบของเราสามารถใช้เพื่อตรวจสอบความแตกต่างระหว่างตัวแปรต่างๆ ได้หรือไม่”

ซึ่งรวมถึงทีมงานนักวิทยาศาสตร์จาก LMU มิวนิค และ มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งมิวนิค, มหาวิทยาลัย Stanfordที่ มหาวิทยาลัยวอชิงตัน และ มหาวิทยาลัยออเบิร์นหวังว่าจะใช้การทดสอบและวิธีการเพื่อทำความเข้าใจผลกระทบของการกลายพันธุ์โดยละเอียด และแม้แต่การคาดการณ์ตัวแปรใหม่ๆ ในอนาคต สิ่งนี้สามารถช่วยให้เราก้าวนำหน้าไวรัสโดยการพัฒนาวัคซีนที่ทันสมัย

“เรายังต้องการใช้วิธีการของเราในการทดสอบที่คาดการณ์และสังเกตพบสายพันธุ์ใหม่ของไวรัสโคโรนา” ลิปเฟิร์ต บอกกับโลกฟิสิกส์. นอกจากนี้ เราเชื่อว่าแนวทางของเราอาจมีประโยชน์มากในการทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ระหว่างโฮสต์กับเชื้อโรคโดยทั่วไปมากขึ้น”

การศึกษาของพวกเขาถูกตีพิมพ์เผยแพร่ นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์