হার্ভার্ড বিজ্ঞানীরা ভাইরাসকে মিউটেটিং থেকে আটকাতে বিবর্তনীয় ফাঁদ ডিজাইন করেছেন

যখন একটি ভাইরাস পরিবর্তিত হয়, তখন বিশ্ব সাধারণত কঠিন উপায় খুঁজে বের করে। ইনফ্লুয়েঞ্জা এবং SARS-CoV-2 ভেরিয়েন্টগুলি অতীতের ভ্যাকসিন এবং অ্যান্টিবডি ওষুধগুলিকে বাদ দিতে পারে বিজ্ঞানীরা কী পরিবর্তন হয়েছে তা পুরোপুরি বোঝার আগেই।

স্কুল অফ কেমিস্ট্রি অ্যান্ড কেমিক্যাল বায়োলজি (সিসিবি) থেকে নতুন গবেষণা পরামর্শ দেয় যে একটি কঠিন রাস্তা অনিবার্য হতে পারে।

সম্প্রতি প্রকাশিত একটি গবেষণাপত্রে, ন্যাশনাল একাডেমি অফ সায়েন্সেসের কার্যধারা (পিএনএএস), ইউজিন শাকুনোভিচের নেতৃত্বে একটি দল, রসায়নের অধ্যাপক রয় জি. গর্ডন এবং বৈভব মোহান্তি, এমডি/পিএইচডি। হার্ভার্ড ইউনিভার্সিটির কেনেথ সি. গ্রিফিন স্কুল অফ আর্টস অ্যান্ড সায়েন্সেস এবং হার্ভার্ড-ম্যাসাচুসেটস ইনস্টিটিউট অফ হেলথ সায়েন্সেস অ্যান্ড টেকনোলজির শিক্ষার্থীরা বর্ণনা করে যে কীভাবে তারা বিবর্তনীয় পরিস্থিতিগুলিকে প্রকৌশলী করতে পারে যা ভাইরাসগুলিকে অনুভব করে, তাদের বিপজ্জনক রূপগুলি থেকে দূরে সরিয়ে দেয় এবং তাদের বিবর্তনীয় শেষ পরিণতিতে বাধ্য করে।

তারা এই পদ্ধতিটিকে ফিটনেস ল্যান্ডস্কেপ ডিজাইন (এফএলডি) বলে।

“এটি মূলত বিবর্তন সম্পর্কে লোকেরা যেভাবে চিন্তা করে তার বিপরীত,” মোহান্তি বলেছেন।

জীববিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরে ফিটনেস ল্যান্ডস্কেপ রূপক ব্যবহার করেছেন। অর্থাৎ, প্রতিটি ভাইরাল সিকোয়েন্স ল্যান্ডস্কেপের একটি বিন্দু এবং এর “উচ্চতা” প্রতিফলিত করে এবং কতটা ভালোভাবে ছড়িয়ে পড়ে তা প্রতিফলিত করে। বিবর্তন হলো ভাইরাসের জনসংখ্যার মতো যা উচ্চতর ফিটনেসের দিকে আরোহণ করছে।

বেশিরভাগ অধ্যয়ন পরিস্থিতিটিকে স্থির হিসাবে নেয় এবং জিজ্ঞাসা করে যে নির্দিষ্ট মিউটেশনগুলি ভাইরাসের ফিটনেস বাড়ায় বা হ্রাস করে। মোহান্তি এবং শকুনোভিচ প্রশ্নটি মাথায় ঘুরিয়ে দিয়েছিলেন: আমরা কি অ্যান্টিবডিগুলির সংমিশ্রণগুলি নির্বাচন করে ল্যান্ডস্কেপ নিজেই আকার দিতে পারি যা বেশিরভাগ পালানোর পথকে অসম্ভব করে তোলে?

সাধারণত, বিজ্ঞানীরা জিজ্ঞাসা করেন, “যদি এই মিউটেশনটি ঘটে থাকে, তাহলে ভাইরাসের প্রতিলিপিতে এটি কী প্রভাব ফেলবে?” আমরা জিজ্ঞাসা করি, “আমরা কি উদ্বেগের রূপগুলিকে সরাসরি দমন করতে পারি এবং তাদের আবির্ভাবের আগে তাদের পথ বন্ধ করে দিতে পারি?” ”

বৈভব মোহান্তি, এমডি/পিএইচডি। কেনেথ সি. গ্রিফিন গ্র্যাজুয়েট স্কুল অফ আর্টস অ্যান্ড সায়েন্সেস, হার্ভার্ড বিশ্ববিদ্যালয়

এর উচ্চাকাঙ্ক্ষা সাম্প্রতিক অসন্তোষ প্রতিফলিত করে। বিশ্ব স্বাস্থ্য সংস্থা বছরে দুবার তার ইনফ্লুয়েঞ্জা ভ্যাকসিন আপডেট করে, কিন্তু আশ্চর্যজনক স্ট্রেন এখনও আবির্ভূত হয়। SARS-CoV-2, ভাইরাস যা করোনাভাইরাস রোগের (COVID-19) কারণ, ক্রমবর্ধমান সংখ্যক সাবমিউট্যান্ট তৈরি করছে যা ভ্যাকসিনের সুরক্ষায় চিপ করে।

“ভাইরাসগুলি আমাদের ইমিউন সিস্টেমগুলিকে এড়াতে ক্রমাগত পরিবর্তন করছে,” মোহান্তি বলেছিলেন। “আমাদের ভ্যাকসিন এবং অ্যান্টিবডিগুলি অবশেষে ধরা পড়বে।”

গবেষণা দল একটি বায়োফিজিকাল মডেল তৈরি করেছে যা আণবিক বিবরণ দিয়ে শুরু হয় এবং ভাইরাস ফিটনেস নম্বর দিয়ে শেষ হয়। এটি ব্যাখ্যা করে যে কীভাবে ভাইরাল পৃষ্ঠের প্রোটিনগুলি মানুষের কোষের রিসেপ্টর এবং অ্যান্টিবডিগুলির সাথে আবদ্ধ হয় এবং কীভাবে মিউটেশনগুলি এই বাঁধনগুলিকে পরিবর্তন করে। স্ট্যান্ডার্ড প্রতিক্রিয়া সমীকরণগুলি বাঁধাই শক্তিকে সংক্রমণের সম্ভাবনা এবং বৃদ্ধির হারে রূপান্তর করে।

“ফিটনেস পরিস্থিতি ভাইরাসের বিস্তারের ক্রমটির একটি ম্যাপিং মাত্র,” শাকুনোভিচ বলেছেন। “আমরা যা করছি তা হ’ল অ্যান্টিবডিগুলির মাধ্যমে ম্যাপিং তৈরি করা।”

মডেলের নির্ভুলতা পরীক্ষা করার জন্য, দলটি প্রথমে মুরিন নোরোভাইরাসের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে, একটি সাধারণ পরীক্ষাগার প্যাথোজেন যা পূর্বে অ্যান্টিবডিগুলিকে নিরপেক্ষ না করে ফ্লাস্কে বিকশিত হয়েছিল। প্রতিটি মিউটেশন বাঁধাই শক্তিকে কীভাবে প্রভাবিত করে তা অনুমান করার জন্য তারা একটি কাঠামোগত মডেল ব্যবহার করেছিল, সেই মানগুলিকে ফিটনেস সমীকরণে খাওয়ায় এবং ফলাফলগুলিকে ভাইরাসের স্ট্রেনের প্রকৃত উত্থান এবং পতনের সাথে তুলনা করেছিল। মডেলের ভবিষ্যদ্বাণীগুলি পরীক্ষাগুলির সাথে ঘনিষ্ঠ চুক্তিতে ছিল।

তারপরে তারা SARS-CoV-2-এ একই কাঠামো প্রয়োগ করেছিল, স্পাইক ভেরিয়েন্টগুলি কীভাবে মানুষের ACE2 রিসেপ্টর এবং অ্যান্টিবডিগুলির সাথে প্রতিটি রূপের সাফল্যের মহামারী সংক্রান্ত অনুমানগুলির সাথে আবদ্ধ হয় তার পরিমাপকে একত্রিত করে।

“এটি মূলত বহু-স্কেল,” শাকুনোভিচ বলেছেন। “আমরা প্রোটিন, অ্যান্টিবডি এবং রিসেপ্টর দিয়ে শুরু করি এবং মহামারীর স্তরে ফলাফলগুলি দেখি।”

এই মিশ্রণটি তার ল্যাবের একটি বৈশিষ্ট্য।

“আমরা বায়োফিজিক্স এবং বিবর্তনীয় তত্ত্বকে একত্রিত করছি,” শাকুনোভিচ বলেছেন। “এমন অনেক ল্যাব নেই যেগুলি এক জায়গায় আণবিক বায়োফিজিক্স এবং জনসংখ্যা-স্তরের বিবর্তন উভয়ই করে।”

মডেল টিউন করার পরে, গ্রুপটি FLD এর মূল: বিপরীত সমস্যাটি মোকাবেলা করেছে। প্রদত্ত পরিবেশে বিবর্তন কীভাবে এগিয়ে যাবে তা জিজ্ঞাসা করার পরিবর্তে, গবেষকরা একটি পছন্দসই পরিবেশ সনাক্ত করে শুরু করেছিলেন (যেমন এমন একটি যেখানে সম্পর্কিত SARS-CoV-2 ভেরিয়েন্টগুলির একটি সম্পূর্ণ নেটওয়ার্ক ফিটনেসকে দমন করে) এবং তারপরে অ্যান্টিবডি এনসেম্বলগুলি অনুসন্ধান করেছিল যা এটি তৈরি করবে।

সিমুলেশনে, অ্যান্টিবডিগুলির নির্দিষ্ট ককটেল একটি ভাইরাসের বিবর্তনকে ক্যাপচার করতে পারে, এমন একটি রুট পরিবর্তন করে যা সাধারণত একটি কম উপযুক্ত উপত্যকায় শেষ হওয়া আরও ফিটার “এস্কেপ” রূপের দিকে নিয়ে যায়। এই দিকটিতে, এফএলডি একটি দাবাবটের মতো কাজ করে, ভাইরাসের বিবর্তনের আগে বেশ কিছু পদক্ষেপ গণনা করে এবং মিউটেশনের আবির্ভাব হওয়ার আগে ফিটনেস লাভ দমন করার জন্য সর্বোত্তম অ্যান্টিবডি খুঁজে পায়।

মোহান্তি বলেন, “পরবর্তীতে যা কিছু মিউটেশনের উদ্ভব ঘটবে তার প্রতি প্রতিক্রিয়া দেখানোর পরিবর্তে, আমরা সক্রিয়ভাবে ভাইরাসটিকে সংযোজন করছি এবং নিশ্চিত করছি যে কোনো সহজ পালানোর পথ ভাইরাসের উপর নেতিবাচক প্রভাব ফেলবে”।

লেখক সংক্রামক রোগের বাইরে এই কাঠামোর জন্য বৃহত্তর অ্যাপ্লিকেশনগুলি কল্পনা করেছেন। ক্যান্সার ইমিউনোথেরাপিতে, CAR-T সেল থেরাপির মতো চিকিত্সাগুলি ইমিউন কোষগুলিকে ইঞ্জিনিয়ারড অ্যান্টিবডি-সদৃশ রিসেপ্টর দিয়ে সজ্জিত করে যাতে টিউমারগুলি নিজেরাই বিকশিত হয়।

মোহান্তি বলেন, “আমরা মনে করি এফএলডি আমাদের ইমিউন ডিফেন্সকে আরও ভালোভাবে প্রকৌশলী করতে সাহায্য করতে পারে, যাতে ক্যান্সার থেকে বাঁচার উপায় কম থাকে।”

শিল্প জৈবপ্রযুক্তিতে, বিজ্ঞানীরা ফার্মাসিউটিক্যালস এবং উত্পাদনে ব্যবহারের জন্য এনজাইম এবং অন্যান্য প্রোটিন উন্নত করতে নির্দেশিত বিবর্তন নামক একটি প্রক্রিয়া ব্যবহার করতে পারেন। তারা প্রোটিনে ছোট পরিবর্তন করে, সবচেয়ে কার্যকর সংস্করণ বেছে নেয় এবং প্রক্রিয়াটি কয়েকবার পুনরাবৃত্তি করে।

যাইহোক, এই ট্রায়াল-এন্ড-এরর পদ্ধতির একটি মৃত শেষ হতে পারে। বিজ্ঞানীরা এমন একটি প্রোটিন আবিষ্কার করতে পারেন যা আগের সংস্করণের চেয়ে ভাল কিন্তু সর্বোত্তম সম্ভবের কাছাকাছি কোথাও নেই।

গবেষকরা বিশ্বাস করেন যে ফিটনেস ল্যান্ডস্কেপ ডিজাইন এই মৃত প্রান্তগুলি এড়াতে এবং আরও দরকারী বৈশিষ্ট্য সহ প্রোটিনের দিকে বিবর্তনকে গাইড করতে পারে। টিমটি প্রোটিন ভাষার মডেল এবং প্রজন্মের সরঞ্জাম সহ কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা ব্যবহার করছে, কীভাবে অ্যান্টিবডিগুলি ভাইরাল প্রোটিনের সাথে আবদ্ধ হবে এবং আরও সম্ভাব্য অ্যান্টিবডি ডিজাইনগুলি অন্বেষণ করবে।

“ফিটনেস ল্যান্ডস্কেপের ধারণাটি দীর্ঘকাল ধরে রয়েছে,” শাকুনোভিচ বলেছিলেন। “নতুন কী তা হ’ল আমরা রোগের সাথে লড়াই করার জন্য হাত দিয়ে সেই ল্যান্ডস্কেপটিকে আকার দেওয়া শুরু করতে পারি।”

যদি এই দৃষ্টিভঙ্গি একটি পরীক্ষামূলক বাস্তবে পরিণত হয়, তাহলে এটি ওষুধ কোম্পানি এবং জনস্বাস্থ্য কর্মকর্তাদের ভাইরাল অস্ত্র প্রতিযোগিতায় একটি শক্তিশালী অস্ত্র দিতে পারে।

এই গবেষণাটি ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ জেনারেল মেডিকেল সায়েন্সেস, R35GM139571 দ্বারা সমর্থিত ছিল।