طفرة في فيروس كورونا – ليست مخيفة كما تبدو

Shawn Hempel/Shutterstock

مات ويبستر، جامعة أنجليا روسكين

تم الإعلانعن سلالة جديدة من فيروس كورونا قد تكون مسؤولة عن الانتشار السريع للفيروس في لندن وجنوب شرق إنجلترا. وتشير تقارير غير مؤكدة إلى أن متحول فيروس كورونا يسمى N501Y. هذه السلالة الخاصة تتزايد في وتيرة منذ شهر أغسطس.

وتكفي فكرة انتشار الفيروس المتحول إلى سلالات جديدة لتخويف معظم الناس. ولكن هل هذه المخاوف مبررة، ومن أين تأتي؟

وبالتأكيد يجب أن تتحمل هوليوود بعض المسؤولية عن مفاهيمنا الخاطئة حول الطفرة. بعد كل شيء، ألهم هذا المفهوم صانعي الأفلام لعقود، بدءًا من الموت، الوحش، يموت! ( !Die, Monster, Die) في عام 1965 وصولاً إلى أفلام الامتيازات ذات الميزانية الكبيرة، مثل X-Men. فكلاهما يروي حكايات عن التغييرات في الحمض النووي مما يؤدي إلى قدرات خارقة.

حيث يحب صانعو التأثيرات الخاصة للأفلام إظهار هذه التغييرات في الحمض النووي بأكثر الطرق دراماتيكية – غالباً ما تكون مصحوبة بألوان متوهجة وانفجارات – لكن الطفرات الجينية في الواقع الحياتي هي مسألة أكثر هدوءًا. لذلك لا داعي للقلق الشديد عندما تسمع أن فيروس كورونا يتحول. إنه جزء طبيعي من التطور.

الملصق لـ (موت، الوحش، يموت!)
الملصق لـ (موت، الوحش، يموت!)
Wikimedia Commons

ولفهم الطفرات، نحتاج أولاً إلى أخذ دورة في عالم البروتينات. عند قراءة جانب غداء الميكروويف الخاص بي “طعم الشرق” (للأسف يتم تناوله في المنزل مع أطفال مرهقين من الإغلاق بدلاً من تناوله على الشاطئ كما في الصورة الموجودة على العبوة) ، هناك قيمة واحدة لـ “البروتين”. ولكن الكلمة يمكن أن تكون مضللة. الشيء الموجود في طريقي هو سيارة وفي نفس الوقت نوع من السيارات يختلف عن السيارات الأخرى. إن نفس الكلمة تعني كلاً من الفرد والمجموعة التي تنتمي إليها. الأمر نفسه ينطبق على مصطلح البروتين.

يتكون حوالي خُمس جسمك من البروتينات. فالبروتينات هي جزيئات الجسم (أو الغداء) المكونة من سلاسل من الأحماض الأمينية. إن البروتين هو مصطلح شامل يلتقط كل شيء من جزيئات البروتين التي تعمل كأنزيمات في معدتك، إلى البروتينات الهيكلية التي تشكل بشرتك وشعرك.




إقرأ المزيد:
تحور فيروس كورونا: ما يعنيه لنا جميعاً


وهناك 20 نوعاً فقط من الأحماض الأمينية لبناء جميع البروتينات على الأرض. وضمن هذه العشرين، هناك الكثير منها متشابه جداً ويمكن تصنيفها في عائلات بناءً على مميزاتها. وهناك منها موجبة الشحنة، سالبة الشحنة، كبيرة، صغيرة وبعضها بها اختلافات أكثر دقة.

ومن خلال الجمع بين هذه الأحماض الأمينية العشرين بترتيبات مختلفة وكميات مختلفة، تخلق الطبيعة مجموعة رائعة من البروتينات المختلفة جداً بوظائف محددة داخل الكائن الحي. مثلما يمكن استخدام 20 نوعاً من Lego brick لإنشاء عدد كبير من النماذج المختلفة، حيث يتم استخدام 20 نوعاً من الأحماض الأمينية لصنع 6 ملايين نوع مختلف من البروتين.

كومة من قطع مكعبات الليغو في المقدمة مع أطفال يلعبون معهم في الخلفية.
والأحماض الأمينية تشبه إلى حد كبير أحجار الليغو.
Tinxi/Shutterstock

تحور فيروس كورونا

إن الحمض النووي، أو في حالة فيروس كورونا، الحمض النووي الريبي، هو مجموعة التعليمات الجينية التي تخبر الكائن الحي عن الاحجار المطلوبة وبأي ترتيب لإنشاء البروتينات التي يحتاجها للبقاء على قيد الحياة.

وتؤثر الطفرات على هذه التعليمات، مما يعني تغيير عدد أو نوع الأحماض الأمينية التي يتكون منها بروتين معين. وهذا بدوره لديه القدرة على تغيير خصائص البروتين. ومع ذلك، هذا هو مفسد هوليوود: معظم الطفرات لا تؤدي إلى تغيير مفيد في خصائص البروتين على الإطلاق. في الواقع، من المرجح أن تؤدي الطفرات التي تغير خصائص البروتين إلى إضعاف الفيروس أكثر من تقويته.

فقط الطفرات التي تمنح ميزة (أو لا تحدث فرقًا) تبقى في الحمض النووي. إن الحديث عن أن الفيروس له “أهداف” و “نوايا” مع الطفرات هو حديث من منظور بشري. وبطريقة مماثلة، هناك نقاش حول ما إذا كان “الفيروس النهائي” هو الفيروس الذي نجا بداخلك دون أن يتم اكتشافه طوال حياتك، أو أنه ينتقل بسرعة وسهولة بين مضيفين جدد. فكلاهما يتطلب طفرات واسعة النطاق، ونتائجها عشوائية جدا بحيث لا يمكن التخطيط لها.

يتم طي البروتينات في أشكال ثلاثية الأبعاد معقدة للغاية، اعتماداً على التفاعلات بين الأحماض الأمينية في نفس السلسلة. إن تغيير حمض أميني هو المفتاح لتثبيت الشكل معاً، مثل تبديل أحد الأحماض الموجبة الشحنة بأخرى سالبة الشحنة، إلى تغيير هذا الشكل.

تقديم ثلاثي الأبعاد لبروتين بوتيريلكولينستراز الإيثيلفوسفوريل.
ويمكن طي البروتينات في العديد من الأشكال المعقدة.
ibreakstock / Shutterstock

إن تلك المليارات من السنين من النحت الجزيئي التي تسمح للبروتينات بأن تكون الشكل المناسب للتعاون وهي غير متوافقة مع الطفرات المفاجئة والأشكال المختلفة جذرياً. لا قدرات إضافية ، لا قوى خارقة – عادة لم يعد البروتين مناسباً كما ينبغي. وإذا كان هذا البروتين هو المفتاح للفيروس الذي يصيبك؟ أخبار طيبة! ولا يمكن لجسيم الفيروس هذا أن يؤذيك و نسخة الفيروس المتحور هذه ستموت.




إقرأ المزيد:
إن الذكاء الاصطناعي يحرزتقدماً هائلاً في التنبؤ بكيفية طي البروتينات – وهو أحد أعظم التحديات في علم الأحياء – واعداً بالتطوير السريع للأدوية


إذن كيف يستمر أي كائن حي ، بشراً أو فيروساً، إذا كانت معظم الطفرات ضارة به؟ إن الاسلوب الشائع هو العودة وإصلاح الطفرة.

وعند إدارة نظامه لتحويل كود الحمض النووي إلى سلاسل من الأحماض الأمينية لصنع بروتين، يكون قد بُني التطور في بعض الخطوات للتحقق من التغييرات. فإذا كنت قد أمضيت مليارات السنين في تحسين مخططك، فأنت تريد بعض الحماية لكل هذا العمل الشاق السابق. لذلك، يكون لدى كل من البشر والفيروسات التاجية آليات لتصحيح قوالب الحمض النووي / الحمض النووي الريبي الخاصة بهم.

إن هذا التصحيح التطوري موجود لتصحيح “الأخطاء” التي من شأنها تغيير البروتينات وتثبيط الفيروس. كما يقلل التدقيق (proofreading) من السرعة التي يتم بها اكتساب الطفرات المفيدة.

ليست كل الأحماض الأمينية مهمة للشكل، وتغييرها لا يغير البروتين. وتكون الطفرات الأكثر شيوعاً في بروتين ارتفاع الفيروس التاجي الذي نجح في الوصول إليه وتوطيده هي في مجموعة “لا يوجد تغيير كبير في البروتين”: استبدال حمض أميني كبير بحمض أميني كبير آخر. المكافئ البيولوجي لوضع إطارات مختلفة لسيارتك. وفي حين أن هذه الأحماض الأمينية مختلفة، يبدو أن بروتين سبايك (spike)٠ لم يتغير إلى حد كبير في كيفية عمله. لا أفضل أو أسوأ من دخول في الخلايا.

وتعمل الفيروسات عبر الأجيال بشكل أسرع بكثير من الكائنات الحية الكبيرة مثلنا، ويمكن لمجموعات التغييرات الصغيرة أن تتجمع بسرعة أكبر في اختلافات كبيرة. ومع ذلك، ففي حالة المتغير الذي تم تحديده حديثاً في جنوب شرق إنجلترا، ليس لدينا دليل حتى الآن على أن هذه الطفرة تجعل الفيروس أكثر ضرراً أو قابلية للانتقال.المحادثة

مات وبستر، رئيس كلية الصحة المتحالفة، جامعة أنجليا روسكين

يتم إعادة نشر هذه المقالة من شبكة The Conversation تحت ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المادة الأصلية.

طفرة في فيروس كورونا – ليست مخيفة كما تبدو

Shawn Hempel/Shutterstock

مات ويبستر، جامعة أنجليا روسكين

تم الإعلانعن سلالة جديدة من فيروس كورونا قد تكون مسؤولة عن الانتشار السريع للفيروس في لندن وجنوب شرق إنجلترا. وتشير تقارير غير مؤكدة إلى أن متحول فيروس كورونا يسمى N501Y. هذه السلالة الخاصة تتزايد في وتيرة منذ شهر أغسطس.

وتكفي فكرة انتشار الفيروس المتحول إلى سلالات جديدة لتخويف معظم الناس. ولكن هل هذه المخاوف مبررة، ومن أين تأتي؟

وبالتأكيد يجب أن تتحمل هوليوود بعض المسؤولية عن مفاهيمنا الخاطئة حول الطفرة. بعد كل شيء، ألهم هذا المفهوم صانعي الأفلام لعقود، بدءًا من الموت، الوحش، يموت! ( !Die, Monster, Die) في عام 1965 وصولاً إلى أفلام الامتيازات ذات الميزانية الكبيرة، مثل X-Men. فكلاهما يروي حكايات عن التغييرات في الحمض النووي مما يؤدي إلى قدرات خارقة.

حيث يحب صانعو التأثيرات الخاصة للأفلام إظهار هذه التغييرات في الحمض النووي بأكثر الطرق دراماتيكية – غالباً ما تكون مصحوبة بألوان متوهجة وانفجارات – لكن الطفرات الجينية في الواقع الحياتي هي مسألة أكثر هدوءًا. لذلك لا داعي للقلق الشديد عندما تسمع أن فيروس كورونا يتحول. إنه جزء طبيعي من التطور.

الملصق لـ (موت، الوحش، يموت!)
الملصق لـ (موت، الوحش، يموت!)
Wikimedia Commons

ولفهم الطفرات، نحتاج أولاً إلى أخذ دورة في عالم البروتينات. عند قراءة جانب غداء الميكروويف الخاص بي “طعم الشرق” (للأسف يتم تناوله في المنزل مع أطفال مرهقين من الإغلاق بدلاً من تناوله على الشاطئ كما في الصورة الموجودة على العبوة) ، هناك قيمة واحدة لـ “البروتين”. ولكن الكلمة يمكن أن تكون مضللة. الشيء الموجود في طريقي هو سيارة وفي نفس الوقت نوع من السيارات يختلف عن السيارات الأخرى. إن نفس الكلمة تعني كلاً من الفرد والمجموعة التي تنتمي إليها. الأمر نفسه ينطبق على مصطلح البروتين.

يتكون حوالي خُمس جسمك من البروتينات. فالبروتينات هي جزيئات الجسم (أو الغداء) المكونة من سلاسل من الأحماض الأمينية. إن البروتين هو مصطلح شامل يلتقط كل شيء من جزيئات البروتين التي تعمل كأنزيمات في معدتك، إلى البروتينات الهيكلية التي تشكل بشرتك وشعرك.




إقرأ المزيد:
تحور فيروس كورونا: ما يعنيه لنا جميعاً


وهناك 20 نوعاً فقط من الأحماض الأمينية لبناء جميع البروتينات على الأرض. وضمن هذه العشرين، هناك الكثير منها متشابه جداً ويمكن تصنيفها في عائلات بناءً على مميزاتها. وهناك منها موجبة الشحنة، سالبة الشحنة، كبيرة، صغيرة وبعضها بها اختلافات أكثر دقة.

ومن خلال الجمع بين هذه الأحماض الأمينية العشرين بترتيبات مختلفة وكميات مختلفة، تخلق الطبيعة مجموعة رائعة من البروتينات المختلفة جداً بوظائف محددة داخل الكائن الحي. مثلما يمكن استخدام 20 نوعاً من Lego brick لإنشاء عدد كبير من النماذج المختلفة، حيث يتم استخدام 20 نوعاً من الأحماض الأمينية لصنع 6 ملايين نوع مختلف من البروتين.

كومة من قطع مكعبات الليغو في المقدمة مع أطفال يلعبون معهم في الخلفية.
والأحماض الأمينية تشبه إلى حد كبير أحجار الليغو.
Tinxi/Shutterstock

تحور فيروس كورونا

إن الحمض النووي، أو في حالة فيروس كورونا، الحمض النووي الريبي، هو مجموعة التعليمات الجينية التي تخبر الكائن الحي عن الاحجار المطلوبة وبأي ترتيب لإنشاء البروتينات التي يحتاجها للبقاء على قيد الحياة.

وتؤثر الطفرات على هذه التعليمات، مما يعني تغيير عدد أو نوع الأحماض الأمينية التي يتكون منها بروتين معين. وهذا بدوره لديه القدرة على تغيير خصائص البروتين. ومع ذلك، هذا هو مفسد هوليوود: معظم الطفرات لا تؤدي إلى تغيير مفيد في خصائص البروتين على الإطلاق. في الواقع، من المرجح أن تؤدي الطفرات التي تغير خصائص البروتين إلى إضعاف الفيروس أكثر من تقويته.

فقط الطفرات التي تمنح ميزة (أو لا تحدث فرقًا) تبقى في الحمض النووي. إن الحديث عن أن الفيروس له “أهداف” و “نوايا” مع الطفرات هو حديث من منظور بشري. وبطريقة مماثلة، هناك نقاش حول ما إذا كان “الفيروس النهائي” هو الفيروس الذي نجا بداخلك دون أن يتم اكتشافه طوال حياتك، أو أنه ينتقل بسرعة وسهولة بين مضيفين جدد. فكلاهما يتطلب طفرات واسعة النطاق، ونتائجها عشوائية جدا بحيث لا يمكن التخطيط لها.

يتم طي البروتينات في أشكال ثلاثية الأبعاد معقدة للغاية، اعتماداً على التفاعلات بين الأحماض الأمينية في نفس السلسلة. إن تغيير حمض أميني هو المفتاح لتثبيت الشكل معاً، مثل تبديل أحد الأحماض الموجبة الشحنة بأخرى سالبة الشحنة، إلى تغيير هذا الشكل.

تقديم ثلاثي الأبعاد لبروتين بوتيريلكولينستراز الإيثيلفوسفوريل.
ويمكن طي البروتينات في العديد من الأشكال المعقدة.
ibreakstock / Shutterstock

إن تلك المليارات من السنين من النحت الجزيئي التي تسمح للبروتينات بأن تكون الشكل المناسب للتعاون وهي غير متوافقة مع الطفرات المفاجئة والأشكال المختلفة جذرياً. لا قدرات إضافية ، لا قوى خارقة – عادة لم يعد البروتين مناسباً كما ينبغي. وإذا كان هذا البروتين هو المفتاح للفيروس الذي يصيبك؟ أخبار طيبة! ولا يمكن لجسيم الفيروس هذا أن يؤذيك و نسخة الفيروس المتحور هذه ستموت.




إقرأ المزيد:
إن الذكاء الاصطناعي يحرزتقدماً هائلاً في التنبؤ بكيفية طي البروتينات – وهو أحد أعظم التحديات في علم الأحياء – واعداً بالتطوير السريع للأدوية


إذن كيف يستمر أي كائن حي ، بشراً أو فيروساً، إذا كانت معظم الطفرات ضارة به؟ إن الاسلوب الشائع هو العودة وإصلاح الطفرة.

وعند إدارة نظامه لتحويل كود الحمض النووي إلى سلاسل من الأحماض الأمينية لصنع بروتين، يكون قد بُني التطور في بعض الخطوات للتحقق من التغييرات. فإذا كنت قد أمضيت مليارات السنين في تحسين مخططك، فأنت تريد بعض الحماية لكل هذا العمل الشاق السابق. لذلك، يكون لدى كل من البشر والفيروسات التاجية آليات لتصحيح قوالب الحمض النووي / الحمض النووي الريبي الخاصة بهم.

إن هذا التصحيح التطوري موجود لتصحيح “الأخطاء” التي من شأنها تغيير البروتينات وتثبيط الفيروس. كما يقلل التدقيق (proofreading) من السرعة التي يتم بها اكتساب الطفرات المفيدة.

ليست كل الأحماض الأمينية مهمة للشكل، وتغييرها لا يغير البروتين. وتكون الطفرات الأكثر شيوعاً في بروتين ارتفاع الفيروس التاجي الذي نجح في الوصول إليه وتوطيده هي في مجموعة “لا يوجد تغيير كبير في البروتين”: استبدال حمض أميني كبير بحمض أميني كبير آخر. المكافئ البيولوجي لوضع إطارات مختلفة لسيارتك. وفي حين أن هذه الأحماض الأمينية مختلفة، يبدو أن بروتين سبايك (spike)٠ لم يتغير إلى حد كبير في كيفية عمله. لا أفضل أو أسوأ من دخول في الخلايا.

وتعمل الفيروسات عبر الأجيال بشكل أسرع بكثير من الكائنات الحية الكبيرة مثلنا، ويمكن لمجموعات التغييرات الصغيرة أن تتجمع بسرعة أكبر في اختلافات كبيرة. ومع ذلك، ففي حالة المتغير الذي تم تحديده حديثاً في جنوب شرق إنجلترا، ليس لدينا دليل حتى الآن على أن هذه الطفرة تجعل الفيروس أكثر ضرراً أو قابلية للانتقال.المحادثة

مات وبستر، رئيس كلية الصحة المتحالفة، جامعة أنجليا روسكين

يتم إعادة نشر هذه المقالة من شبكة The Conversation تحت ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المادة الأصلية.

طفرة في فيروس كورونا – ليست مخيفة كما تبدو

Shawn Hempel/Shutterstock

مات ويبستر، جامعة أنجليا روسكين

تم الإعلانعن سلالة جديدة من فيروس كورونا قد تكون مسؤولة عن الانتشار السريع للفيروس في لندن وجنوب شرق إنجلترا. وتشير تقارير غير مؤكدة إلى أن متحول فيروس كورونا يسمى N501Y. هذه السلالة الخاصة تتزايد في وتيرة منذ شهر أغسطس.

وتكفي فكرة انتشار الفيروس المتحول إلى سلالات جديدة لتخويف معظم الناس. ولكن هل هذه المخاوف مبررة، ومن أين تأتي؟

وبالتأكيد يجب أن تتحمل هوليوود بعض المسؤولية عن مفاهيمنا الخاطئة حول الطفرة. بعد كل شيء، ألهم هذا المفهوم صانعي الأفلام لعقود، بدءًا من الموت، الوحش، يموت! ( !Die, Monster, Die) في عام 1965 وصولاً إلى أفلام الامتيازات ذات الميزانية الكبيرة، مثل X-Men. فكلاهما يروي حكايات عن التغييرات في الحمض النووي مما يؤدي إلى قدرات خارقة.

حيث يحب صانعو التأثيرات الخاصة للأفلام إظهار هذه التغييرات في الحمض النووي بأكثر الطرق دراماتيكية – غالباً ما تكون مصحوبة بألوان متوهجة وانفجارات – لكن الطفرات الجينية في الواقع الحياتي هي مسألة أكثر هدوءًا. لذلك لا داعي للقلق الشديد عندما تسمع أن فيروس كورونا يتحول. إنه جزء طبيعي من التطور.

الملصق لـ (موت، الوحش، يموت!)
الملصق لـ (موت، الوحش، يموت!)
Wikimedia Commons

ولفهم الطفرات، نحتاج أولاً إلى أخذ دورة في عالم البروتينات. عند قراءة جانب غداء الميكروويف الخاص بي “طعم الشرق” (للأسف يتم تناوله في المنزل مع أطفال مرهقين من الإغلاق بدلاً من تناوله على الشاطئ كما في الصورة الموجودة على العبوة) ، هناك قيمة واحدة لـ “البروتين”. ولكن الكلمة يمكن أن تكون مضللة. الشيء الموجود في طريقي هو سيارة وفي نفس الوقت نوع من السيارات يختلف عن السيارات الأخرى. إن نفس الكلمة تعني كلاً من الفرد والمجموعة التي تنتمي إليها. الأمر نفسه ينطبق على مصطلح البروتين.

يتكون حوالي خُمس جسمك من البروتينات. فالبروتينات هي جزيئات الجسم (أو الغداء) المكونة من سلاسل من الأحماض الأمينية. إن البروتين هو مصطلح شامل يلتقط كل شيء من جزيئات البروتين التي تعمل كأنزيمات في معدتك، إلى البروتينات الهيكلية التي تشكل بشرتك وشعرك.




إقرأ المزيد:
تحور فيروس كورونا: ما يعنيه لنا جميعاً


وهناك 20 نوعاً فقط من الأحماض الأمينية لبناء جميع البروتينات على الأرض. وضمن هذه العشرين، هناك الكثير منها متشابه جداً ويمكن تصنيفها في عائلات بناءً على مميزاتها. وهناك منها موجبة الشحنة، سالبة الشحنة، كبيرة، صغيرة وبعضها بها اختلافات أكثر دقة.

ومن خلال الجمع بين هذه الأحماض الأمينية العشرين بترتيبات مختلفة وكميات مختلفة، تخلق الطبيعة مجموعة رائعة من البروتينات المختلفة جداً بوظائف محددة داخل الكائن الحي. مثلما يمكن استخدام 20 نوعاً من Lego brick لإنشاء عدد كبير من النماذج المختلفة، حيث يتم استخدام 20 نوعاً من الأحماض الأمينية لصنع 6 ملايين نوع مختلف من البروتين.

كومة من قطع مكعبات الليغو في المقدمة مع أطفال يلعبون معهم في الخلفية.
والأحماض الأمينية تشبه إلى حد كبير أحجار الليغو.
Tinxi/Shutterstock

تحور فيروس كورونا

إن الحمض النووي، أو في حالة فيروس كورونا، الحمض النووي الريبي، هو مجموعة التعليمات الجينية التي تخبر الكائن الحي عن الاحجار المطلوبة وبأي ترتيب لإنشاء البروتينات التي يحتاجها للبقاء على قيد الحياة.

وتؤثر الطفرات على هذه التعليمات، مما يعني تغيير عدد أو نوع الأحماض الأمينية التي يتكون منها بروتين معين. وهذا بدوره لديه القدرة على تغيير خصائص البروتين. ومع ذلك، هذا هو مفسد هوليوود: معظم الطفرات لا تؤدي إلى تغيير مفيد في خصائص البروتين على الإطلاق. في الواقع، من المرجح أن تؤدي الطفرات التي تغير خصائص البروتين إلى إضعاف الفيروس أكثر من تقويته.

فقط الطفرات التي تمنح ميزة (أو لا تحدث فرقًا) تبقى في الحمض النووي. إن الحديث عن أن الفيروس له “أهداف” و “نوايا” مع الطفرات هو حديث من منظور بشري. وبطريقة مماثلة، هناك نقاش حول ما إذا كان “الفيروس النهائي” هو الفيروس الذي نجا بداخلك دون أن يتم اكتشافه طوال حياتك، أو أنه ينتقل بسرعة وسهولة بين مضيفين جدد. فكلاهما يتطلب طفرات واسعة النطاق، ونتائجها عشوائية جدا بحيث لا يمكن التخطيط لها.

يتم طي البروتينات في أشكال ثلاثية الأبعاد معقدة للغاية، اعتماداً على التفاعلات بين الأحماض الأمينية في نفس السلسلة. إن تغيير حمض أميني هو المفتاح لتثبيت الشكل معاً، مثل تبديل أحد الأحماض الموجبة الشحنة بأخرى سالبة الشحنة، إلى تغيير هذا الشكل.

تقديم ثلاثي الأبعاد لبروتين بوتيريلكولينستراز الإيثيلفوسفوريل.
ويمكن طي البروتينات في العديد من الأشكال المعقدة.
ibreakstock / Shutterstock

إن تلك المليارات من السنين من النحت الجزيئي التي تسمح للبروتينات بأن تكون الشكل المناسب للتعاون وهي غير متوافقة مع الطفرات المفاجئة والأشكال المختلفة جذرياً. لا قدرات إضافية ، لا قوى خارقة – عادة لم يعد البروتين مناسباً كما ينبغي. وإذا كان هذا البروتين هو المفتاح للفيروس الذي يصيبك؟ أخبار طيبة! ولا يمكن لجسيم الفيروس هذا أن يؤذيك و نسخة الفيروس المتحور هذه ستموت.




إقرأ المزيد:
إن الذكاء الاصطناعي يحرزتقدماً هائلاً في التنبؤ بكيفية طي البروتينات – وهو أحد أعظم التحديات في علم الأحياء – واعداً بالتطوير السريع للأدوية


إذن كيف يستمر أي كائن حي ، بشراً أو فيروساً، إذا كانت معظم الطفرات ضارة به؟ إن الاسلوب الشائع هو العودة وإصلاح الطفرة.

وعند إدارة نظامه لتحويل كود الحمض النووي إلى سلاسل من الأحماض الأمينية لصنع بروتين، يكون قد بُني التطور في بعض الخطوات للتحقق من التغييرات. فإذا كنت قد أمضيت مليارات السنين في تحسين مخططك، فأنت تريد بعض الحماية لكل هذا العمل الشاق السابق. لذلك، يكون لدى كل من البشر والفيروسات التاجية آليات لتصحيح قوالب الحمض النووي / الحمض النووي الريبي الخاصة بهم.

إن هذا التصحيح التطوري موجود لتصحيح “الأخطاء” التي من شأنها تغيير البروتينات وتثبيط الفيروس. كما يقلل التدقيق (proofreading) من السرعة التي يتم بها اكتساب الطفرات المفيدة.

ليست كل الأحماض الأمينية مهمة للشكل، وتغييرها لا يغير البروتين. وتكون الطفرات الأكثر شيوعاً في بروتين ارتفاع الفيروس التاجي الذي نجح في الوصول إليه وتوطيده هي في مجموعة “لا يوجد تغيير كبير في البروتين”: استبدال حمض أميني كبير بحمض أميني كبير آخر. المكافئ البيولوجي لوضع إطارات مختلفة لسيارتك. وفي حين أن هذه الأحماض الأمينية مختلفة، يبدو أن بروتين سبايك (spike)٠ لم يتغير إلى حد كبير في كيفية عمله. لا أفضل أو أسوأ من دخول في الخلايا.

وتعمل الفيروسات عبر الأجيال بشكل أسرع بكثير من الكائنات الحية الكبيرة مثلنا، ويمكن لمجموعات التغييرات الصغيرة أن تتجمع بسرعة أكبر في اختلافات كبيرة. ومع ذلك، ففي حالة المتغير الذي تم تحديده حديثاً في جنوب شرق إنجلترا، ليس لدينا دليل حتى الآن على أن هذه الطفرة تجعل الفيروس أكثر ضرراً أو قابلية للانتقال.المحادثة

مات وبستر، رئيس كلية الصحة المتحالفة، جامعة أنجليا روسكين

يتم إعادة نشر هذه المقالة من شبكة The Conversation تحت ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المادة الأصلية.

طفرة في فيروس كورونا – ليست مخيفة كما تبدو

Shawn Hempel/Shutterstock

مات ويبستر، جامعة أنجليا روسكين

تم الإعلانعن سلالة جديدة من فيروس كورونا قد تكون مسؤولة عن الانتشار السريع للفيروس في لندن وجنوب شرق إنجلترا. وتشير تقارير غير مؤكدة إلى أن متحول فيروس كورونا يسمى N501Y. هذه السلالة الخاصة تتزايد في وتيرة منذ شهر أغسطس.

وتكفي فكرة انتشار الفيروس المتحول إلى سلالات جديدة لتخويف معظم الناس. ولكن هل هذه المخاوف مبررة، ومن أين تأتي؟

وبالتأكيد يجب أن تتحمل هوليوود بعض المسؤولية عن مفاهيمنا الخاطئة حول الطفرة. بعد كل شيء، ألهم هذا المفهوم صانعي الأفلام لعقود، بدءًا من الموت، الوحش، يموت! ( !Die, Monster, Die) في عام 1965 وصولاً إلى أفلام الامتيازات ذات الميزانية الكبيرة، مثل X-Men. فكلاهما يروي حكايات عن التغييرات في الحمض النووي مما يؤدي إلى قدرات خارقة.

حيث يحب صانعو التأثيرات الخاصة للأفلام إظهار هذه التغييرات في الحمض النووي بأكثر الطرق دراماتيكية – غالباً ما تكون مصحوبة بألوان متوهجة وانفجارات – لكن الطفرات الجينية في الواقع الحياتي هي مسألة أكثر هدوءًا. لذلك لا داعي للقلق الشديد عندما تسمع أن فيروس كورونا يتحول. إنه جزء طبيعي من التطور.

الملصق لـ (موت، الوحش، يموت!)
الملصق لـ (موت، الوحش، يموت!)
Wikimedia Commons

ولفهم الطفرات، نحتاج أولاً إلى أخذ دورة في عالم البروتينات. عند قراءة جانب غداء الميكروويف الخاص بي “طعم الشرق” (للأسف يتم تناوله في المنزل مع أطفال مرهقين من الإغلاق بدلاً من تناوله على الشاطئ كما في الصورة الموجودة على العبوة) ، هناك قيمة واحدة لـ “البروتين”. ولكن الكلمة يمكن أن تكون مضللة. الشيء الموجود في طريقي هو سيارة وفي نفس الوقت نوع من السيارات يختلف عن السيارات الأخرى. إن نفس الكلمة تعني كلاً من الفرد والمجموعة التي تنتمي إليها. الأمر نفسه ينطبق على مصطلح البروتين.

يتكون حوالي خُمس جسمك من البروتينات. فالبروتينات هي جزيئات الجسم (أو الغداء) المكونة من سلاسل من الأحماض الأمينية. إن البروتين هو مصطلح شامل يلتقط كل شيء من جزيئات البروتين التي تعمل كأنزيمات في معدتك، إلى البروتينات الهيكلية التي تشكل بشرتك وشعرك.




إقرأ المزيد:
تحور فيروس كورونا: ما يعنيه لنا جميعاً


وهناك 20 نوعاً فقط من الأحماض الأمينية لبناء جميع البروتينات على الأرض. وضمن هذه العشرين، هناك الكثير منها متشابه جداً ويمكن تصنيفها في عائلات بناءً على مميزاتها. وهناك منها موجبة الشحنة، سالبة الشحنة، كبيرة، صغيرة وبعضها بها اختلافات أكثر دقة.

ومن خلال الجمع بين هذه الأحماض الأمينية العشرين بترتيبات مختلفة وكميات مختلفة، تخلق الطبيعة مجموعة رائعة من البروتينات المختلفة جداً بوظائف محددة داخل الكائن الحي. مثلما يمكن استخدام 20 نوعاً من Lego brick لإنشاء عدد كبير من النماذج المختلفة، حيث يتم استخدام 20 نوعاً من الأحماض الأمينية لصنع 6 ملايين نوع مختلف من البروتين.

كومة من قطع مكعبات الليغو في المقدمة مع أطفال يلعبون معهم في الخلفية.
والأحماض الأمينية تشبه إلى حد كبير أحجار الليغو.
Tinxi/Shutterstock

تحور فيروس كورونا

إن الحمض النووي، أو في حالة فيروس كورونا، الحمض النووي الريبي، هو مجموعة التعليمات الجينية التي تخبر الكائن الحي عن الاحجار المطلوبة وبأي ترتيب لإنشاء البروتينات التي يحتاجها للبقاء على قيد الحياة.

وتؤثر الطفرات على هذه التعليمات، مما يعني تغيير عدد أو نوع الأحماض الأمينية التي يتكون منها بروتين معين. وهذا بدوره لديه القدرة على تغيير خصائص البروتين. ومع ذلك، هذا هو مفسد هوليوود: معظم الطفرات لا تؤدي إلى تغيير مفيد في خصائص البروتين على الإطلاق. في الواقع، من المرجح أن تؤدي الطفرات التي تغير خصائص البروتين إلى إضعاف الفيروس أكثر من تقويته.

فقط الطفرات التي تمنح ميزة (أو لا تحدث فرقًا) تبقى في الحمض النووي. إن الحديث عن أن الفيروس له “أهداف” و “نوايا” مع الطفرات هو حديث من منظور بشري. وبطريقة مماثلة، هناك نقاش حول ما إذا كان “الفيروس النهائي” هو الفيروس الذي نجا بداخلك دون أن يتم اكتشافه طوال حياتك، أو أنه ينتقل بسرعة وسهولة بين مضيفين جدد. فكلاهما يتطلب طفرات واسعة النطاق، ونتائجها عشوائية جدا بحيث لا يمكن التخطيط لها.

يتم طي البروتينات في أشكال ثلاثية الأبعاد معقدة للغاية، اعتماداً على التفاعلات بين الأحماض الأمينية في نفس السلسلة. إن تغيير حمض أميني هو المفتاح لتثبيت الشكل معاً، مثل تبديل أحد الأحماض الموجبة الشحنة بأخرى سالبة الشحنة، إلى تغيير هذا الشكل.

تقديم ثلاثي الأبعاد لبروتين بوتيريلكولينستراز الإيثيلفوسفوريل.
ويمكن طي البروتينات في العديد من الأشكال المعقدة.
ibreakstock / Shutterstock

إن تلك المليارات من السنين من النحت الجزيئي التي تسمح للبروتينات بأن تكون الشكل المناسب للتعاون وهي غير متوافقة مع الطفرات المفاجئة والأشكال المختلفة جذرياً. لا قدرات إضافية ، لا قوى خارقة – عادة لم يعد البروتين مناسباً كما ينبغي. وإذا كان هذا البروتين هو المفتاح للفيروس الذي يصيبك؟ أخبار طيبة! ولا يمكن لجسيم الفيروس هذا أن يؤذيك و نسخة الفيروس المتحور هذه ستموت.




إقرأ المزيد:
إن الذكاء الاصطناعي يحرزتقدماً هائلاً في التنبؤ بكيفية طي البروتينات – وهو أحد أعظم التحديات في علم الأحياء – واعداً بالتطوير السريع للأدوية


إذن كيف يستمر أي كائن حي ، بشراً أو فيروساً، إذا كانت معظم الطفرات ضارة به؟ إن الاسلوب الشائع هو العودة وإصلاح الطفرة.

وعند إدارة نظامه لتحويل كود الحمض النووي إلى سلاسل من الأحماض الأمينية لصنع بروتين، يكون قد بُني التطور في بعض الخطوات للتحقق من التغييرات. فإذا كنت قد أمضيت مليارات السنين في تحسين مخططك، فأنت تريد بعض الحماية لكل هذا العمل الشاق السابق. لذلك، يكون لدى كل من البشر والفيروسات التاجية آليات لتصحيح قوالب الحمض النووي / الحمض النووي الريبي الخاصة بهم.

إن هذا التصحيح التطوري موجود لتصحيح “الأخطاء” التي من شأنها تغيير البروتينات وتثبيط الفيروس. كما يقلل التدقيق (proofreading) من السرعة التي يتم بها اكتساب الطفرات المفيدة.

ليست كل الأحماض الأمينية مهمة للشكل، وتغييرها لا يغير البروتين. وتكون الطفرات الأكثر شيوعاً في بروتين ارتفاع الفيروس التاجي الذي نجح في الوصول إليه وتوطيده هي في مجموعة “لا يوجد تغيير كبير في البروتين”: استبدال حمض أميني كبير بحمض أميني كبير آخر. المكافئ البيولوجي لوضع إطارات مختلفة لسيارتك. وفي حين أن هذه الأحماض الأمينية مختلفة، يبدو أن بروتين سبايك (spike)٠ لم يتغير إلى حد كبير في كيفية عمله. لا أفضل أو أسوأ من دخول في الخلايا.

وتعمل الفيروسات عبر الأجيال بشكل أسرع بكثير من الكائنات الحية الكبيرة مثلنا، ويمكن لمجموعات التغييرات الصغيرة أن تتجمع بسرعة أكبر في اختلافات كبيرة. ومع ذلك، ففي حالة المتغير الذي تم تحديده حديثاً في جنوب شرق إنجلترا، ليس لدينا دليل حتى الآن على أن هذه الطفرة تجعل الفيروس أكثر ضرراً أو قابلية للانتقال.المحادثة

مات وبستر، رئيس كلية الصحة المتحالفة، جامعة أنجليا روسكين

يتم إعادة نشر هذه المقالة من شبكة The Conversation تحت ترخيص المشاع الإبداعي. قراءة المادة الأصلية.