تتمثل إحدى الخصائص البیولوجیة SARS-CoV-2، مثل العدید من الفیروسات الأخرى، فی وجود بروتینات (Spike proteins) شائکة تسمح لهذه الفیروسات باختراق الخلیة المضیفة و التسبب فی العدوى.
فیروسات کورونا مثل متلازمة الشرق الأوسط التنفسیة (MERS-CoV) التی أصابت نحو 2500 شخص بنهایة عام 2019. کما أن المتلازمة التنفسیة الحادة الناشئة، SARS-CoV-2، هی فیروسات کرویة و مغلفة. جینوم RNA لفیروسات کورونا بمتوسط طول 29kb هو الأطول بین فیروسات RNA .
یتم تغلیف کل مکون من مکونات الجینوم الفیروسی داخل نوکلیوکابسید حلزونی محاط بغشاء شحمی ثنائی الطبقة. تتکون فیروسات کورونا عادة من ثلاثة أنواع من البروتینات:
بروتین الغشاء (M)، بروتین الطلاء (E) و بروتین سبایک (S).
بروتین سبایک هو بروتین عبر غشاء کبیر من النوع 1 یحتوی على نسبة عالیة من الغلیکوزیلات. مقارنة بالبروتینات M و E، اللتین تشارکان بشکل أساسی فی تجمیع الخلایا، یلعب البروتین S دورًا حیویًا فی اختراق الخلیة المضیفة و بدء العدوى.
تنقسم بروتینات S فی فیروسات کورونا إلى وحدتین فرعیتین وظیفیتین مهمتین، حیث تشکل الوحدة الفرعیة N-terminal S1 الرأس الکروی لبروتین spike. و C-terminal للوحدة الفرعیة S2 عمود البروتین و یتم تضمینها مباشرة فی غلاف الفیروس.
عند التفاعل مع خلیة مضیفة حساسة، تکتشف الوحدة الفرعیة للخلیة المضیفة S1 و ترتبط بها، فی حین أن الوحدة الفرعیة S2، و هی المکون الأکثر حفظًا لبروتین S، هی المسؤولة عن دمج غلاف الفیروس مع غشاء الخلیة المضیفة. من خلال توصیل الوحدة الفرعیة S1، یحدث تغیران رئیسیان فی التوافق فی الوحدة الفرعیة S2 للتکامل مع غشاء الخلیة المضیفة.
عند اکتمال التغییر التوافقی، یرتبط ببتید الانصهار بغشاء الخلیة المضیفة (anchor) و یمکن للفیروس أن یقترب من غشاء الخلیة و یدخل فی النهایة القابس النوکلیوکابسید إلى الخلیة المستهدفة.
یعتبر بروتین S فی الفیروسات، و خاصة فی فیروس SARS-CoV-2، محفزًا رئیسیًا لتحیید الأجسام المضادة (Nabs).Nabs هی أجسام مضادة و اقیة ینتجها بشکل طبیعی الجهاز المناعی الخلطی. لأداء وظیفة مضادة للفیروسات، یرتبط Nabs بمستویات حاتمة الجسیمات الفیروسیة و یمنعها من دخول الخلیة المضیفة.
أدت حساسیة بروتین S فی SARS-CoV-2 إلى Nabs إلى قیام العدید من الباحثین بالعمل فی مجال یمکن أن یمنع بروتین S فی SARS-CoV-2 من الارتباط بالخلایا المضیفة.
لا یحتوی بروتین S، لا یمکن للفیروسات مثل SARS-CoV-2 الجدید أن تتفاعل مع الخلایا المضیفة الحساسة للإنسان و الحیوان و تسبب العدوى. نتیجة لذلک ، یمثل بروتین S هدفًا مثالیًا للبحوث المضادة للفیروسات و کذلک إنتاج اللقاح.
اکتشافات جدیدة حول دور بروتین "spike" فی فیروس کورونا
یعتقد العلماء أن البروتینات spike فی الفیروس SARS-CoV-2 تلعب دورًا فی إصابة المضیف من خلال الارتباط بالخلایا السلیمة، و الآن تظهر دراسة جدیدة أن هذا الجزء من الفیروس یلعب أیضًا دورًا رئیسیًا فی المرض نفسه.
تظهر الأبحاث بالضبط کیف یضر فیروس SARS-CoV-2 بنظام الأوعیة الدمویة و یهاجم سطح الخلیة. من خلال شرح الأنواع المختلفة Covid 19، یمکن لهذه النتائج أن تفتح الباب أمام بحث جدید فی علاجات أکثر فعالیة.
قدم الباحثون فی جامعة کالیفورنیا لأول مرة دلیلاً واضحًا على الآلیة التی تدمر بها البروتینات خلایا الأوعیة الدمویة. هناک إجماع على أن SARS-CoV-2 یؤثر على نظام الأوعیة الدمویة، لکن کیفیة القیام بذلک لم تکن مفهومة. و بالمثل، درس العلماء منذ فترة طویلة فیروسات کورونا المختلفة للاعتقاد بأن بروتین spike متورط فی إتلاف الخلایا البطانیة الوعائیة، و لکن هذه هی المرة الأولى التی یتم فیها توثیق هذه العملیة.
فی هذه الدراسة الجدیدة، ابتکر الباحثون فیروسًا، مثل تاج فیروس SARS-CoV-2، کان محاطًا ببروتینات spike، لکن الفیروس لم یکن حقیقیًا. تسبب التعرض للفیروس فی تلف الرئتین و الشرایین فی نموذج حیوانی، مما یثبت أن بروتین السنبلة وحده کافٍ لإحداث المرض.
ثم کرر الفریق العملیة فی المختبر، لتعریض الخلایا البطانیة السلیمة للبروتین المرتفع. لقد أظهروا أن بروتین spike یدمر الخلایا عن طریق الارتباط ACE2. یؤدی هذا الارتباط إلى تعطیل الإشارات الجزیئیة ACE2 إلى المیتوکوندریا للأعضاء التی تنتج الطاقة للخلایا، مما یتسبب فی تلف المیتوکوندریا و تفتتها.