Ερευνητές έσπασαν τον κώδικα της «μηχανής Enigma» για τις λοιμώξεις από την κυριότερη ομάδα ιών

Ερευνητές «έσπασαν» έναν κώδικα που «κυβερνά» τις λοιμώξεις τις οποίες προκαλεί μια μεγάλη ομάδα ιών, συμπεριλαμβανομένων των ιών του κοινού κρυολογήματος και τις πολιομυελίτιδας. Μέχρι σήμερα οι ειδικοί δεν είχαν παρατηρήσει αυτόν τον κώδικα ο οποίος ήταν κρυμμένος στην αλληλουχία του ριβονουκλεϊνικού οξέος (RNA) των ιών. Τώρα όμως μια νέα μελέτη που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Proceedings of the National Academy of Sciences» από ερευνητές των Πανεπιστημίων του Leeds και του York «ξεκλειδώνει» τον κώδικα δείχνοντας επίσης πως παρεμβαίνοντας σε αυτόν και αλλάζοντάς τον μπορούν να χτυπηθούν οι ιοί στη ρίζα τους.

Όπως εξήγησε ο επικεφαλής της μελέτης καθηγητής Βιοχημείας στη Σχολή Βιολογικών Επιστημών του Πανεπιστημίου του Leeds, Peter Stockley: «αν θεωρήσουμε ότι μιλούμε για έναν μοριακό πόλεμο, αυτά είναι τα κρυπτογραφημένα σήματα που επιτρέπουν στον ιό να παραταχθεί με τον καλύτερο τρόπο στη μάχη. Τώρα, για ολόκληρη αυτήν την ομάδα των ιών ανακαλύψαμε τη «μηχανή Enigma» – το σύστημα κωδικοποίησης των κρυφών σημάτων. Δείξαμε ότι όχι μόνο μπορούμε να διαβάσουμε τα μηνύματα αλλά και να παρέμβουμε σε αυτά σταματώντας την ανάπτυξη των ιών».

Οι RNA ιοί μονής έλικας αποτελούν τον πιο απλό τύπο ιών και πιθανότατα ήταν από τους πρώτους που εμφανίστηκαν. Ωστόσο βρίσκονται ακόμη μεταξύ των πιο ισχυρών και καταστρεπτικών παθογόνων. Οι ρινοϊοί, που προκαλούν το κοινό κρυολόγημα, είναι υπεύθυνοι κάθε χρόνο για περίπου 1 δισεκατομμύριο κρούσματα (περισσότερα από όσα προκαλούν όλοι οι άλλοι μολυσματικοί παράγοντες μαζί). Ενώ εξελισσόμενοι ιοί όπως ο τσικουνγκούνια (chikungunya) και η μηνιγγίτις (tick-borne encephalitis) προέρχονται από την ίδια αρχαία οικογένεια. Αλλοι RNA ιοί μονής έλικας είναι ο ιός της ηπατίτιδας C, o HIV αλλά και ο νοροϊός που προκαλεί εμέτους και διάρροιες.

Ένας κώδικας, κρυμμένος στην διευθέτηση της γενετικής πληροφορίας των ιών RNA, «λέει» στον ιό πως θα δράσει στο εξωτερικό κέλυφος των πρωτεϊνών. Credit: Image courtesy of University of Leeds

Η σημαντική αυτή εξέλιξη ήταν προϊόν τριών βημάτων έρευνας: Το 2012, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Leeds δημοσίευσαν τις πρώτες παρατηρήσεις στο επίπεδο του απλού μορίου με αναφορά στην σημαντική διαδικασία δράσης του ιού. Μετά στο Πανεπιστήμιο του York, οι μαθηματικοί Eric Dykeman και Reidun Twarock εργαζόμενοι με την ομάδα τους, ανέπτυξαν μαθηματικούς αλγόριθμους για να σπάσουν τον «ιο-κώδικα» και δημιούργησαν μοντέλα σε υπολογιστή του κωδικού συστήματος. Τέλος με την τελευταία τους μελέτη οι δυο ομάδες «ξεκλείδωσαν» τον κώδικα. Η ομάδα χρησιμοποίησε φθορίζουσα φασματοσκοπία προκειμένου να παρακολουθήσει τον τρόπο με τον οποίον ένας RNA ιός μονής έλικας των φυτών (satellite tobacco necrosis virus) κωδικοποιούσε τα μηνύματα με στόχο τον πολλαπλασιασμό του.

Ο Dr Roman Tuma, λέκτορας Βιοφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Leeds, σημείωσε πως«γνωρίζαμε επί δεκαετίες ότι το RNA φέρει τα γενετικά μηνύματα που δημιουργούν τις ιικές πρωτεΐνες, δεν γνωρίζαμε όμως ότι κρυμμένος μέσα στα γράμματα είναι ένας δεύτερος κώδικας που κυβερνά το πώς πολλαπλασιάζεται ο ιός – συγκεκριμένα το πώς εκατοντάδες χιλιάδες πρωτεΐνες συγκεντρώνονται γύρω από ιικό νουκλεϊκό οξύ για να σχηματίσουν ένα πρωτεϊνικό κέλυφος που ονομάζεται καψίδιο. Είναι σαν να βρίσκει κάποιος ένα μυστικό μήνυμα μέσα στα γράμματα ενός δημοσιογραφικού κειμένου και να καταφέρνει τελικώς να σπάσει όλο το σύστημα κωδικοποίησης πίσω του».

Κατά τον Dr Tuma η μελέτη αυτή πάει ένα βήμα πιο πέρα «δείχνοντας ότι μπορούμε να σχεδιάσουμε μόρια που θα παρεμβαίνουν στον κώδικα καθιστώντας τον ακατάληπτο και σταματώντας έτσι τον πολλαπλασιασμό του ιού». Το επόμενο βήμα για τους ερευνητές είναι να «ανοίξουν» τη μελέτη τους σε ιούς ζώων. Σε κάθε περίπτωση εκτιμούν ότι τα υπολογιστικά μοντέλα που ανέπτυξαν προσφέρουν έναν νέο δρόμο για την ανακάλυψη νέων αντι-ιικών φαρμάκων.

Πηγή: University of Leeds

Περισσότερα στο άρθρο: Revealing the density of encoded functions in a viral RNA, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015