بخشی از مقاله
چکیده
نشانگان تنفسی خاورمیانه یا مرس، در اثر ویروسی از خانواده کروناویریده به اسم CoV-MERS ایجاد میشود. علائم آن عبارتند از: تب، سرفه و تنگی نفس. دارویی جهت درمان این بیماری وجود ندارد هرچند برخی تحقیقات جهت درمان این بیماری به نتایج ارزشمندی رسیدهاند. برهمکنش داروهای دارای مجوز سازمان دارو و غذای آمریکا روی آنزیم پروتئیناز مرس که عفونت خطرناک ایجاد میکند، اهمیت فوق العادهای دارد. در این مطالعه ساختار آنزیم پروتئیناز مرس را از سایت PDB دریافت کرده و اثر داروهایی که در بیماری ایدز استفاده میکنند همچون لوپیناویر و ریتوناویر برای درمان مرس بررسی شده است.
.1مقدمه
خاورمیانه یک ناحیهای است که اغلب آسیای شرقی، اروپا و شامل 18کشور با گروههای نژادی مختلف است. این یکی از مراکز اقتصاد تجارتی در جهان به همراه مذاهب ویژه و تکیه بر شترها برای غذا، پزشکی، تجارت و همچنین مسافرت کردن در نواحی شهری و روستایی است. این ویژگیهای ناحیهای شرایط مناسبی را جهت ایجاد ویروسهای موتاژن به سرعت فراهم میکند.
دهه اول از هزاره جدید سارس رخ داد که از طریق ویروس سارس ایجاد میشود، آغاز دهه دوم با یک ویروس کرونای جدید به نام ویروس کرونای نشانگان تنفسی خاورمیانه - - MERS- COV آغاز شد، که باعث وقوع بیماری حاد تنفسی در خاورمیانه و در اروپا، آفریقا، آسیا و از سال 2012 در آمریکای شمالی شد.
در سال 2012 یک بیماری جدید تنفسی مشابه سارس در جهان گسترش پیدا کرد .[1] در نوامبر 2003 زندگی مرگآور در اثر نوعی پنومونیا - ذات الریه - که در گواندونگ، چین رخداد. در مارس 2003 یک رخداد مشابه در هونگ کونگ گزارش شد. به علت بیماریهای تنفسی مشابه، کشورهای چین، تایوان، سنگاپور، ویتنام، کانادا و آمریکا نیز گزارشهایی داشتند. کمتر از 4 هفته بعد از شیوع جهانی، یک ویروس کرونای جدید به نام ویروس کرونای مرس در خون دیده شد.
ویروس کرونای مرس شبیه به ویروس کرونای سارس منشأ اولیهی آن در حیوانات است و سپس از طریق گونههای دیگر به انسان منتقل میشود.بیماری نشانگان تنفسی خاورمیانه - - MERS در شروع اپیدمیک شدن آن بیماری - - مشابه سارس - - نامیده میشد، چون هر دو موجب عفونت انسان میشوند موجب عفونت مجاری تنفسی میشود و میزان مرگومیر بالایی دارد ، در حالی که چهار ویروس کرونای دیگر که موجب عفونت در انسان میشوند و نامهای آنها عبارتند از ویروسهای کرونای انسانی HKU1 – HCOV ،229E –HCOV ،HCOV-OC43 و HCOV- NL63 که موجب سستی و عفونت قسمتهای فوقانی مجاری تنفسی میشوند و مانند یک سرماخوردگی معمولی هستند.
ویروس کرونای جدید که موجب نشانگان شدید تنفسی میشود پروتئاز اصلی ویروس - MPro یا - CLPro 3 نیز نامیده میشود که فعالیت کمپلکس همانندسازی ویروس کرونا را کنترل میکند، هدفی جهت درمان میباشد. ویروس کرونای انسانی - Hcov - علت اصلی بیماریهای مسیر تنفسی در انسان است و به صورت سرما خوردگی خود را نشان میدهد.[8] این بیماری از جنوب چین به دیگر قسمتهای جهان گسترش یافت.
ویروس کرونای مرس مانند ویروس کرونای سارس، به صورت قابل توجهی سلامت جامعه جهانی را به خطر میاندازد چون انتقالش از طریق اشخاص رخ میدهد. گزینههای درمانی مؤثر محدود هستند اگرچه برخلاف سارس که به سرعت پس از ورود به میزبان تکثیر مییابد، مرس میتواند تا دو سال بدون هیچ نشانهای در بدن بیمار وجود داشته باشد
طبقه بندی، فهرست اسامی و ویروس شناسی معمول ویروس مرس از سویه C از جنس بتاکروناویروس - - cov در خانواده کروناویریده و جزء راسته نیدوورالز میباشد. پروتئاز اصلی ویروس کرونا به صورت دیمر میباشد. ویروس کرونا قطرش 80-140 نانومتر به همراه یک کمپلکس سطحی که آن را احاطه کرده و 20 تا 40 نانومتر میباشد، با میکروسکوپ الکترونی دیده شدند
یک رشته RNA مثبت تقریبا 30 کیلو بازطول دارد. پس پروتئینهای غیر ساختاری ویروسهای کرونا - pplab و - ppla با دو نوع آنزیم سیستئین پروتئاز ویروسی برش میخورند: یک پروتئاز اصلی - MPro یا - 3 CLPro یا EC:3.4.22.69 و یک پروتئاز شبیه پاپائین EC:3.4.22.46 MPro پلی پروتئین رادر 11 مکان که شامل توالی L-Q - A/S/N - است، برش میزند.
. 2 شبیه سازی و روش انجام کار
گرومکس - - GROMACS یک مجموعه ی نرم افزاری، جهت انجام شبیهسازیهای دینامیک مولکولی و به حداقل رساندن انرژی براساس معادلات حرکت نیوتن میباشد که اولین بار توسط گروه شیمی در دانشگاه گرونینگن هلند طراحی شد. این مجموعهی نرمافزاری در شیمی محاسباتی و مدلسازی مولکولی نقش مهمی ایفا میکند و از آن به صورت گسترده در بررسی و شبیهسازی سیستمهای زیستی استفاده میشود.
در شبیهسازی با گرومکس ابتدا یک فایل - - Pdb که بیانگر موقعیت اولیهی اتمهای مولکول مورد نظر است فراهم کرده - از PDB دانلود میکنیم - ، سپس با استفاده ازدستوراتی در گرومکس میتوان مولکول مورنظر را در صورت نیاز در حلال دلخواه خود حل نموده و یا حتی یونهایی را نیز به آن اضافه یا از آن کم کرد. تمام پارامترهای فیزیکی نظیر دما و فشار و ... را نیز میتوان در حین فرایند کنترل کرد. پس از طی این مراحل اولیه میتوان با انتخاب انسامبل مورد نظر کار شبیهسازی را به انجام رسانده و آنالیزهای مورد نیاز از بابت نوع توزیع یونها در محلول و نوع رفتار هر یک از یونها، شعاع میانگین، انرژی و سایر پارامترهای فیزیکی مورد نیاز را بهدست آورد. پس از ایجاد ساختار اولیهی سیستم مورد نظر و انتخاب شرایط شبیهسازی و میدان نیرو، که قلب هر شبیهسازی دینامیک مولکولی میباشد، سیستم به سطح حداقلی از انرژی رسانده میشود و بعد از مرحلهی تعادل رسانی، از سیستم مورد نظر نمونهبرداری میشود. بطور خلاصه میتوان مراحل انجام کار به صورت زیر خلاصه کرد:
مرحلهی اول - اصلاح فایل PDB آنزیم پروتئیناز با نرم افزار SPDBV مرحلهی دوم - برهمکنش فایل اصلاح شده آنزیم باداروها مرحلهی سوم - تبدیل فایل PDB حاصل به فایل خوانا برای گرومکس مرحلهی چهارم - ایجاد یک جعبه جهت قراردادن پروتئین در آن مرحلهی پنجم - انتخاب حلال مورد نظر برای حلال پوشی پروتئین مرحلهی ششم - خنثی نمودن سیستم از لحاظ بارالکتریکی مرحلهی هفتم - به حداقل رساندن انرژی سیستم و بهینه کردن هندسهی مولکولهای شبیهسازی شده مرحلهی هشتم - آنالیز نتایج با استفاده از دستورات آنالیز نرم افزار گرومکس مرحلهی نهم - انتقال فایلهای خروجی مرحله قبل به نرم افزار اکسل یک معیار رایج برای ارزیابی شبیهسازی دینامیک مولکولی بررسی انحراف معیار جذر میانگین مربعات اسکلت پروتئین - RMSD - نسبت به ساختار اولیه - که همان ساختار کریستالو گرافی است - در طول زمان شبیهسازی میباشد.
از RMSD یک اتم یا گروهی از اتمها میتوان به انعطاف پذیری یا میزان انحراف آنها از ساختار آغازین در طول زمان شبیهسازی پی برد. به این معنی که هر چه RMSD در طول شبیهسازی بیشتر باشد، انعطافپذیری ساختار بیشتر است. قابل ذکر است که ساختارهایی که RMSDاسکلت آنها دارای کمترین اختلاف با RMSD اسکلت میانگین هستند، بهترین ساختارها در طول شبیهسازی میباشند. این پارامتر شاخصی از میزان خوب بودن ساختمان به دست آمده طی شبیهسازی، جهت بررسی همگرایی ساختار شبیهسازی شده نسبت به حالت تعادلی است.
شعاع چرخشی پروتئین مقیاس و شاخصی از اندازهی پروتئین است که به صورت میانگین مربع فاصلهی اتمها از مرکز ثقل مولکول تعریف میشود. بررسی شعاع چرخشی نشان از تغییر ساختمان پروتئین است. هر چه شعاع چرخشی بیشتر باشد فشردگی ساختاری پروتئین کمتر است و بالعکس. البته بررسی آن به تنهایی اطلاعات کافی به ما نمیدهد و باید همراه با نمودار RMSD بررسی شود تا بتوان نتیجه گرفت که این تغییرات ساختمانی در جهت باز شدن یا بسته شدن پروتئین هستند.
.3 بررسی تغییرات RMSD ستون فقرات پروتئین نسبت به حالت اولیه
الف - RMSD - BACKBONE-BACKBONE -
شکل 1 بیانگر تغییرات RMSD را برای ستون فقرات آنزیم پروتئیناز مرس و مهارکنندههای RTN، LPN و پروتئین فاقد دارو یا مهارکننده در طول شبیهسازی نشان میدهد. این نمودار در ابتدا حالت افزایشی دارد و بعد به حالت تعادلی میرسد. پروتئین به تنهایی بیشترین تغییرات را تحمل کرده است و مهارکنندهای که RMSD منحنی آن پایینتر باشد این نشان میدهد که آن مهارکننده نگذاشته پروتئین به حالت تعادلی خود برسد. ما RMSD را در بازهی زمانی 25 تا 50 نانوثانیه محاسبه کردیم و همان طور که ملاحظه میشود از 25 تا 50 نانوثانیه سیستم به حالت تعادلی رسیده است.
