كونور بامفورد، جامعة كوينز بلفاست

أثار ظهورنوع متغير جديد من فيروس كورونا اهتماماً متجدداً بجزء الفيروس المعروف باسم بروتين سبايك.

حيث يحمل المتغير الجديد العديد من التغييرات الغريبة على بروتين سبايك عند مقارنته بالمتغيرات الأخرى ذات الصلة الوثيقة – وهذا أحد الأسباب التي تجعله أكثر أهمية من التغييرات غير الضارة للفيروس التي لاحظناها من قبل. فقد تغير الطفرات الجديدة الكيمياء الحيوية لبروتين سبايك ويمكن أن تؤثر على مدى انتقال الفيروس.

ويعتبر بروتين سبايك أيضا أساس لقاحات COVID-19 الحالية ، والتي تسعى إلى توليد استجابة مناعية ضده. ولكن ما هو بالضبط بروتين سبايك ولماذا هو مهم جدا؟

غزاة الخلايا

في عالم الطفيليات، يمكن للعديد من مسببات الأمراض البكتيرية أو الفطرية البقاء على قيد الحياة بمفردها دون إصابة خلية مضيفة. لكن الفيروسات لا تستطيع ذلك وبدلاً من ذلك، يتعين عليها الدخول إلى الخلايا من أجل التكاثر، حيث تستخدم الآلة الكيميائية الحيوية الخاصة بالخلية لبناء جزيئات فيروس جديدة وانتشارها إلى خلايا أو أفراد آخرين.

ولقد تطورت خلايانا لدرء مثل هذه التدخلات. وواحدة من الدفاعات الرئيسية التي تتمتع بها الحياة الخلوية ضد الغزاة هو غلافها الخارجي، والذي يتكون من طبقة دهنية تحتوي على جميع الإنزيمات والبروتينات والحمض النووي التي تشكل الخلية. فنظراً للطبيعة البيوكيميائية للدهون، فإن السطح الخارجي يكون مشحوناً بشكل سلبي للغاية وطارداً. ويجب على الفيروسات اجتياز هذا الحاجز للوصول إلى الخلية.

ومثل الحياة الخلوية، فإن فيروسات كورونا نفسها محاطة بغشاء دهني يعرف بالمغلف. ولأجل الدخول إلى داخل الخلية، تستخدم الفيروسات المغلفة البروتينات (أو البروتينات السكرية لأنها غالباً ما تكون مغطاة بجزيئات السكر الزلقة) لدمج غشاءها مع غشاء الخلايا والاستيلاء على الخلية.

يعد بروتين سبايك لفيروسات كورونا أحد هذه البروتينات السكرية الفيروسية. فيروسات الإيبولا لديها واحد، وفيروس الأنفلونزا له اثنان، وفيروس الهربس البسيط لديه خمسة.

بنية بروتين سبايك

يتكون بروتين سبايك من سلسلة خطية من 1،273 من الأحماض الأمينية، مطوية بدقة في هيكل مسماري الشكل بما يصل إلى 23 جزيء سكر. تحب بروتينات سبايك أن تنتصب مع بعضها البعض فترتبط ثلاثة جزيئات سبايك منفصلة ببعضها البعض لتشكيل وحدة “ثلاثية” وظيفية.

يمكن تقسيم سبايك إلى وحدات وظيفية متميزة، تُعرف بالمجالات، والتي تؤدي وظائف كيميائية حيوية مختلفة للبروتين، مثل الارتباط بالخلية المستهدفة، والاندماج مع الغشاء، والسماح للسبايك بالاستقرار على الغلاف الفيروسي.

البروتين الشائك لـ SARS-CoV-2 عالق على جسيم فيروسي كروي تقريباً، مدمج داخل الغلاف وينتشر في الفضاء، جاهزاً للتشبث بالخلايا المطمئنة. تشير التقديرات إلى أن هناك ما يقرب من 26 من الوحدات الثلاثية لسبايك لكل فيروس.

وترتبط إحدى هذه الوحدات الوظيفية ببروتين على سطح خلايانا يسمى ACE2، مما يؤدي إلى امتصاص جسيم الفيروس، وفي النهاية اندماج الغشاء. كما يشارك سبايك أيضاً في عمليات أخرى مثل التجمع والاستقرار الهيكلي والتهرب المناعي.

اللقاح مقابل بروتين سبايك

وبالنظر لمدى أهمية بروتين سبايك للفيروس، فإن العديد من اللقاحات أو الأدوية المضادة للفيروسات تستهدف البروتينات السكرية الفيروسية.

بالنسبة لـ SARS-CoV-2، فإن اللقاحات التي تنتجها شركة Pfizer / BioNTech و Moderna تعطي تعليماتلجهاز المناعة لدينا لصنع نسختنا الخاصة من بروتين سبايك، والذي يحدث بعد التطعيم بوقت قصير. ثم يبدأ إنتاج سبايك داخل خلايانا ثم عملية إنتاج الأجسام المضادة الواقية والخلايا التائية (T cell).

تتمثل إحدى السمات الأكثر إثارة للقلق في بروتين سبايك لـ SARS-CoV-2 في كيفية تحركه أو تغيره بمرور الوقت أثناء تطور الفيروس. حيث يمكن للبروتين المشفر داخل الجينوم الفيروسي أن يتحور ويغير خصائصه الكيميائية الحيوية مع تطور الفيروس.

ن معظم الطفرات لا تكون مفيدة فهي إما أن توقف عمل البروتين الشائك أو لن يكون لها تأثير على وظيفتها. ولكن قد يتسبب البعض في تغييرات تمنح النسخة الجديدة من الفيروس ميزة انتقائية بجعله أكثر قابلية للانتقال أو العدوى.

وتتمثل إحدى الطرق التي يمكن أن يحدث بها هذا في حدوث طفرة في جزء من بروتين سبايك يمنع الأجسام المضادة الواقية من الارتباط به. هناك طريقة أخرى تتمثل في جعل النتوءات “أكثر التصاقاً” بخلايانا.

وهذا هو السبب في أن الطفرات الجديدة التي تغير كيفية عمل سبايك تثير قلقاً خاصاً – فهي قد تؤثر على كيفية التحكم في انتشار SARS-CoV-2. إن المتغيرات الجديدة الموجودة في المملكة المتحدة وأماكن أخرى لها طفرات من خلال سبايك وفي أجزاء من البروتين المشارك في الدخول إلى خلاياك.

ويتعين إجراء التجارب في المختبر للتأكد من – وكيف – تغير هذه الطفرات بشكل كبير من سبايك، وما إذا كانت تدابير التحكم الحالية لدينا لا تزال فعالة.

كونور بامفورد، زميل باحث، علم الفيروسات، جامعة كوينز بلفاست

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