הופעה מחדש והתפרצות של Mpox החזירו את נגיפי האבעבועות כאיום לבריאות הציבור, והדגישו פער ידע חשוב בבסיסם. כעת, צוות חוקרים מהמכון למדע וטכנולוגיה באוסטריה (ISTA) הרים את מסתורין של ארכיטקטורת הליבה של האבעבועות על ידי שילוב של טכניקות שונות של מיקרוסקופיה קריו-אלקטרונים עם מודלים מולקולריים. הממצאים, שפורסמו ב טבע ביולוגיה מבנית ומולקולריתיכול להקל על מחקר עתידי על תרופות המכוונות לליבת נגיף האבעבועות.
וירוס וריולה, נגיף האבעבועות הידוע לשמצה ואחד הנגיפים הקטלניים ביותר שפגעו בבני אדם, גרם להרס בכך שגרם לאבעבועות שחורות עד להדברתו בשנת 1980. ההדברה הצליחה הודות למסע חיסונים נרחב באמצעות וירוס אבעבועות אחר, נגיף האבעבועות הראוי בשם Vaccinia. הופעתו מחדש והתפרצותו של נגיף Mpox בשנים 2022-2023 הזכירו לנו שוב שווירוסים מוצאים דרכים לחזור לקדמת הבמה כאיומים על בריאות הציבור. חשוב לציין, זה הדגיש את השאלות הבסיסיות לגבי נגיפי אבעבועות שנותרו ללא מענה עד היום.
שאלה מהותית אחת כזו נמצאת, פשוטו כמשמעו, בליבת העניין: "אנו יודעים שכדי שנגיפי אבעבועות יהיו זיהומים, הליבה הנגיפית שלהם חייבת להיווצר כראוי. אבל ממה עשויה הליבה האבעבועית הזו, וכיצד המרכיבים האישיים שלה מתאחדים ומתפקדים?" שואל עוזר פרופסור ISTA פלוריאן שור, המחבר המקביל של המחקר.
שור וצוותו שמו כעת את האצבע על החוליה החסרה: חלבון בשם A10. מעניין לציין כי A10 משותף לכל נגיפי האבעבועות הרלוונטיים מבחינה קלינית. בנוסף, החוקרים מצאו ש-A10 פועל כאחד מאבני הבניין העיקריות של ליבת האבעבועות. ידע זה יכול להוות עזר למחקר עתידי על תרופות המכוונות לליבת האבעבועות.
"טכניקות ה-cryo-EM המתקדמות ביותר הקיימות כיום"
הליבה הוויראלית היא אחד הגורמים המשותפים לכל צורות נגיף האבעבועות הזיהומיות.
ניסויים קודמים בווירולוגיה, ביוכימיה וגנטיקה הציעו כמה מועמדים לחלבון ליבה עבור נגיפי אבעבועות, אבל לא היו מבנים זמינים שנגזרו מניסוי."
ג'וליה דאטלר, סטודנטית לדוקטורט של ISTA, אחת הכותבות הראשונות של המחקר
לפיכך, הצוות התחיל בחיזוי חישובי של מודלים של המועמדים העיקריים לחלבון הליבה, תוך שימוש בכלי המודלים המולקולרי המפורסם כעת, מבוסס AI AlphaFold. במקביל, דאטלר הציבה את היסודות הביוכימיים והמבניים של הפרויקט על ידי התבססות על הרקע שלה בווירולוגיה ועל המומחיות העיקרית של קבוצת שור: מיקרוסקופ אלקטרוני קריוגני, או בקיצור קריו-EM. "שילבנו רבות מטכניקות ה-cryo-EM המתקדמות ביותר הקיימות כיום עם מודלים מולקולריים של AlphaFold. זה נתן לנו, בפעם הראשונה, מבט כולל מפורט של ליבת האבעבועות – ה'בטוח' או ה'ביוריאקטור' בתוך הנגיף שמכיל הגנום הנגיפי ומשחרר אותו בתאים נגועים", אומר שור. "זה היה קצת הימור, אבל בסופו של דבר הצלחנו למצוא את התמהיל הנכון של טכניקות כדי לבחון את השאלה המורכבת הזו", אומר הפוסט-דוקטורט ג'סי הנסן, המחבר הראשון של המחקר, שמומחיותו בטכניקות שונות של ביולוגיה מבנית ושיטות עיבוד תמונה הייתה מכריע עבור הפרויקט.
תצוגה תלת מימדית גלובלית של נגיף האבעבועות
חוקרי ISTA בחנו וירוסים בוגרים "חיים" של וירוס Vaccinia וליבות אבעבועות מטוהרות בכל זווית אפשרית – פשוטו כמשמעו. "שילבנו את ה-Cryo-EM של חלקיקים בודדים ה'קלאסיים', טומוגרפיה קריו-אלקטרונים, מיצוע של תת-טומוגרמה וניתוח AlphaFold כדי לקבל מבט כולל על הליבה של האבעבועות", אומר דאטלר. בעזרת טומוגרפיה קריו-אלקטרון, החוקרים יכולים ליצור מחדש נפחים תלת-ממדיים של דגימה ביולוגית בגודל של וירוס שלם על ידי רכישת תמונות תוך הטיה הדרגתית של הדגימה. "זה כמו לעשות סריקת CT של הנגיף", אומר הנסן. "טומוגרפיית קריו-אלקטרונים, 'המומחיות' של המעבדה שלנו, אפשרה לנו להשיג רזולוציות ברמת ננומטר של הנגיף כולו, הליבה והפנים שלו", אומר שור. בנוסף, החוקרים יכלו להתאים את המודלים של AlphaFold לצורות הנצפות כמו פאזל ולזהות מולקולות המרכיבות את ליבת האבעבועות. בין אלה, מועמד חלבון הליבה A10 בלט כאחד המרכיבים העיקריים. "מצאנו ש-A10 מגדיר מרכיבים מבניים מרכזיים של ליבת נגיפי האבעבועות", אומר דאטלר. שור מוסיף, "ממצאים אלה הם משאב נהדר לפרש פיסות של נתונים מבניים וויירולוגיים שנוצרו בעשורים האחרונים".
שביל מחוספס לחשיפת ליבות אבעבועות
הדרך לממצאים אלה הייתה כמעט פשוטה. "היינו צריכים למצוא את הדרך שלנו מההתחלה", אומר דאטלר. תוך מינוף המומחיות שלה בביוכימיה, וירולוגיה וביולוגיה מבנית, דאטלר בודדה, הפצתה וטיהרה דגימות של וירוס Vaccinia וקבעה את הפרוטוקולים לטיהור הליבה הוויראלית השלמה, כל זאת תוך אופטימיזציה של דגימות אלו למחקרים מבניים. "מבחינה מבנית, היה קשה מאוד לחקור את ליבות הנגיף האלה. אבל למרבה המזל, ההתמדה והאופטימיות שלנו השתלמו", אומר הנסן.
חוקרי ISTA משוכנעים שהממצאים שלהם יכולים לספק פלטפורמת ידע לטיפולים עתידיים המבקשים למקד ליבות אבעבועות. "לדוגמה, אפשר לחשוב על תרופות שמונעות מהליבה להרכיב – או אפילו לפרק ולשחרר את ה-DNA הנגיפי במהלך ההדבקה. בסופו של דבר, מחקר בסיסי בנגיפים, כפי שנעשה כאן, מאפשר לנו להיות מוכנים טוב יותר מפני התפרצויות ויראליות עתידיות אפשריות". מסכם שור.
