فريق بحثي في جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا (HKUST) قدم هيكل فيروس قليل المعرفة بدقة عالية، مما يعزز فهمنا للعدوى الفيروسية، والتي يمكن أن تفتح الباب أمام توقعات دقيقة أكثر لتغيرات المناخ.
باستخدام تقنية متقدمة تشمل الميكروسكوب الإلكتروني بالتبريد الكريوجيني، نجحوا في التقاط صور للفيروس – سيانوفيج P-SCSP1u – بدقة تقريبية على مستوى الذرة في شكله الطبيعي وفحصه لرؤية كيف تتناسب أجزاؤه المختلفة. ساهم ذلك في إظهار كيفية عمل البروتينات المختلفة في الفيروس وتفاعلها لجعل الفيروس مستقرًا وقادرًا على العدوى بالخلايا. تم نشر الدراسة في مجلة Nature Communications.
السيانوفيجات، جنبًا إلى جنب مع جزر السيانوبكتيريا الخاصة بها، تلعب دورًا مهمًا في دورات البيوجيوكيمياء البحرية والسيطرة على شبكات الغذاء البحري. P-SCSP1u هو عضو ممثل في مجموعة من السيانوفيجات تسمى MPP-C، التي تحتوي على أصغر الأجيال الجينية بين فيروسات السيانوبودوفيروس، وتتصرف بشكل مختلف عندما تصيب البكتيريا. ولكن القليل معروف عن عملية العدوى الخاصة بهم نظرًا لعدم وجود معلومات هيكلية عالية الدقة.
استخدم الفريق، بقيادة الأستاذ الدكتور دانج شانجيو، أستاذ مساعد في قسم علوم الحياة، والأستاذ الدكتور زينج تشينجلو، أستاذ مشارك في قسم علوم المحيطات وقسم علوم الحياة في HKUST، تقنية متقدمة تسمى ميكروسكوب الإلكترون الفردي للجسيمات بالتبريد الكريوجيني (cryo-EM) لفحص الفيروس عن كثب، مما كشف عن آلية تجميع الرأس والتفاعل الجزيئي لجزء من السيانوفيج يسمى البوابة-الذيل.
من خلال مقارنته بفيروسات مماثلة أخرى ذات هياكل معروفة، استفاد الفريق من رؤى حول كيفية تغير مكونات هذه الفيروسات مع مرور الوقت أثناء عملية العدوى.
علاوة على ذلك، تمنحنا الدراسة نظرة عن كثب على البوابة-الذيل المعقدة، والتي تساهم في التحكم في الحمض النووي للفيروس. من خلال مقارنتها ببنية مماثلة في فيروس مختلف يسمى فيروس T7، توضح الدراسة كيفية تحكم هذه الأنواع من الفيروسات في حمضها النووي. كما اكتشف الفريق عن وجود جزءين جديدين – صمام وبوابة – يساعدان هذه الفيروسات في التحكم في كيفية دخول وخروج الحمض النووي منها.
“نعتقد أن هذا الهيكل الطبيعي عالي الدقة للسيانوفيج هو مساهمة مهمة وموجهة في الوقت المناسب في ميدان فيروسات البكتيريا لفهم العدوى الفيروسية”، قال الأستاذ الدكتور دانج.
السيانوفيجات هي فيروسات تصيب السيانوبكتيريا، وهي بكتيريا ذات التمثيل الضوئي التي تلعب دورًا حاسمًا في نظم البيئة على وجه الأرض. بالإضافة إلى الأوكسجين، توفر أيضًا الكثير من الطعام والوقود الذي نستهلكه في حياتنا اليومية.
هذه الفيروسات متخصصة في الاصابة بالسيانوبكتيريا، ويمكن أن تؤثر بشكل كبير على تكاثر وسلوك هذه البكتيريا. هذه هي بعض الأسباب التي تجعل فهم كيفية نمو وموت هذه البكتيريا أمرًا حاسمًا لفهم كمية الكربون الموجودة في المحيطات.
في مياه ذات ضوء الشمس، يتم إصابة حوالي 5٪ من هذه السيانوبكتيريا بواسطة السيانوفيجات. عندما تتم الإصابة، تستولي هذه الفيروسات على البكتيريا وتجعلها تنتج المزيد من الفيروسات، مما يشبه تحويل البكتيريا إلى مصنع لإنتاج الفيروسات.
يمكن أن تؤثر هذه الفيروسات على كيفية توليد البكتيريا للطاقة من الشمس من خلال منعها من استخدام ثاني أكسيد الكربون، مما يتسبب في فقدان كبير للكربون سنويًا، أكبر من ما تنتجه جميع الشعاب المرجانية والأهوار ونباتات البحر على وجه الأرض، وفقًا لما أوضحه الأستاذ الدكتور زينج.
فهم كيفية عمل هذه الفيروسات وكيفية اصابتها لمضيفيها أمر حاسم، حيث يساعد العلماء في فهم كيفية تأثيرها على البكتيريا والمحيطات، وحتى على المناخ. “السيانوبكتيريا وفيرة جداً في مياه هونغ كونغ وتلعب دوراً كبيراً في تثبيت ثاني أكسيد الكربون العالمي. وفرة السيانوبكتيريا العالمية وقدرتها على تثبيت الكربون مهمة لحساب الميزانية الكربونية البحرية. السيانوفيجات هي السبب الرئيسي في وفاة السيانوبكتيريا. دراسة عملية العدوى للسيانوفيجات مهمة لفهم كيفية تنظيمها للسيانوبكتيريا، مما يعد أمرًا حاسمًا لتقدير الميزانية الكربونية العالمية بدقة ولتوقع التغيرات المناخية”، أضاف الأستاذ الدكتور زينج.
فهم كيفية عمل هذه الفيروسات في العدوى يمكن أن يسهم في تسهيل استخدام الفيروسات في المستقبل للسيطرة على السيانوبكتيريا الضارة في المياه العذبة أيضًا، وهذا يعد أمرًا مهمًا أيضًا للزراعة وضمان نظافة مياه الشرب.
ومع ذلك، لا يزال جزء من هيكل الألياف غير محدد في هيكل الفريق الحالي بسبب مرونته العالية، ولكن هذا الجزء مهم للغاية للفيروس للاعتراف والعدوى لمضيفه.
الفريق يخطط في المرحلة التالية لمحاكاة كيفية عمل الفيروس وتحديد سلسلة من الهياكل لفهم العملية بشكل أفضل. وهذا قد يمكنهم من معرفة هيكل الألياف بأكمله والتحقق من الآلية المقترحة كما هو موجز في الورقة، وفقًا لما ذكره الأستاذ الدكتور دانج.
المصدر : Phys.org
