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रोगजनक वायरस की एंटीबॉडी पहचान को समझने में संरचनात्मक और आणविक योगदान


वायरल संक्रमणों का वैश्विक प्रभाव हो सकता है, जैसा कि हाल ही में कोरोनावायरस रोग 2019 (COVID-19) महामारी से स्पष्ट है, जो गंभीर तीव्र श्वसन सिंड्रोम कोरोनावायरस 2 (SARS-CoV-2) के कारण होता है। इतिहास में कई अन्य उदाहरण हैं, जैसे 2013-2016 की इबोला महामारी, 2009-2010 की H1N1 महामारी, आदि। संरचनात्मक जीव विज्ञान का उद्देश्य यह निर्धारित करना है कि संक्रमण या टीकाकरण के दौरान एंटीबॉडी वायरल प्रोटीन को कैसे लक्षित करते हैं। में प्रकाशित एक नई समीक्षा वायरस समीक्षा करता है कि कैसे आणविक और संरचनात्मक जीव विज्ञान ने HIV-1, SARS-CoV-2 और Zika की एंटीबॉडी पहचान की हमारी समझ में योगदान दिया है।

अध्ययन: एंटीबॉडी कैसे रोगजनक वायरस को पहचानते हैं: एचआईवी -1, सार्स-सीओवी -2 और जीका के एंटीबॉडी तटस्थकरण के संरचनात्मक सहसंबंध. छवि क्रेडिट: फोटोमे / शटरस्टॉक

एनईव एसटुडी

वायरस के उदाहरण जिन्होंने विश्व स्तर पर कहर बरपाया है और तत्काल टीके और चिकित्सीय विकास की आवश्यकता है, वे हैं SARS-CoV, मिडिल ईस्ट रेस्पिरेटरी सिंड्रोम (MERS), एक्वायर्ड इम्यून डेफिसिएंसी सिंड्रोम (AIDS), Zika वायरस (ZIKV), और वर्तमान SARS-CoV- 2. सुरक्षित और प्रभावी टीकों और चिकित्सा विज्ञान का तेजी से विकास नए उभरते वायरस से रुग्णता और मृत्यु दर को कम करने के लिए महत्वपूर्ण साबित हुआ है।

वायरस और वायरल प्रोटीन की जांच के लिए स्ट्रक्चरल बायोलॉजिस्ट एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी और क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (क्रायो-ईएम) में लगातार तकनीकों को आगे बढ़ा रहे हैं। वर्तमान अध्ययन में, वैज्ञानिकों ने संक्रमण या टीकाकरण द्वारा प्राप्त एब्स से बंधे वायरल प्रोटीन की 3 डी संरचनाओं को हल करके वायरस की एंटीबॉडी (एबी) मान्यता की जांच की। यह प्रभावी मोनोक्लोनल एब उपचारों और टीकों के विकास के लिए आवश्यक है।

एचआईवी-1, सार्स-सीओवी-2 और जीका वायरस

मानव इम्युनोडेफिशिएंसी वायरस 1 (एचआईवी -1) एड्स महामारी के लिए जिम्मेदार है और लंबे समय से मेजबान प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं से बचने की अपनी अद्भुत क्षमता के कारण टीके के विकास के लिए एक चुनौती बना हुआ है। इसमें एक ही वायरल प्रोटीन (लिफाफा या Env) होता है जो संक्रमण को सुगम बनाता है। एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी और क्रायो-ईएम में प्रगति ने संरचनात्मक रूप से व्यापक रूप से विशेषता बनाना संभव बना दिया है एंटीबॉडी को निष्क्रिय करना (बीएनएबी) एनवी और एनवी के गठनात्मक परिवर्तनों के साथ अंतःक्रियाएं जिन्होंने बाद में टीके के डिजाइन को सूचित किया है।

SARS-CoV-2 की सतह पर स्पाइक (S) प्रोटीन इसे मेजबान कोशिकाओं को संक्रमित करने में सक्षम बनाता है। प्राकृतिक संक्रमण में उत्पादित एस प्रोटीन और एंटीबॉडी के तेजी से लक्षण वर्णन और मूल्यांकन में संरचनात्मक जीव विज्ञान महत्वपूर्ण भूमिका निभाता रहा है। इसने COVID-19 टीकों और मोनोक्लोनल एब (mAb) चिकित्सा विज्ञान के विकास में योगदान देकर अनगिनत लोगों की जान बचाई है।

ZIKV एक मच्छर जनित वायरस है जो संक्रमित माताओं के नवजात शिशुओं में माइक्रोसेफली और न्यूरोडेवलपमेंटल असामान्यताएं पैदा कर सकता है। ZIKV के खिलाफ अभी तक एक सुरक्षित और प्रभावी टीका नहीं है जो सार्वभौमिक रूप से उपलब्ध है।

मुख्य एफइंडिंग्स

संरचनात्मक विश्लेषण ने HIV-1, SARS-CoV-2 और ZIKV पर बेअसर करने वाले एपिटोप्स की पहचान करने में मदद की है। एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी और वायरल के क्रायो-ईएम विश्लेषण दोनों ने एबीएस द्वारा तटस्थता के तंत्र में अंतर्दृष्टि प्रदान की है और नए चिकित्सीय लक्ष्यों की पहचान की है। एचआईवी -1 के मामले में, बीएनएबी के लक्ष्यों को कई श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है, प्रत्येक बीएनएबी बंधन के लिए एक अलग परिदृश्य पेश करता है और एबीएस को दूर करने के लिए विभिन्न चुनौतियों का सामना करता है। संरचनात्मक जीव विज्ञान में सभी एपिटोप्स पर bNAbs के लिए बाइंडिंग के तरीके पर प्रकाश डाला गया है।

एबी की एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफिक और क्रायो-ईएम संरचनाएं: एनवी कॉम्प्लेक्स बीएनएबी के बाध्यकारी मोड को चिह्नित करने और एटिपिकल विशेषताओं के संदर्भ को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं। इन आंकड़ों ने gp120 और SOSIP- आधारित इम्युनोगेंस की संरचना-आधारित डिजाइन में सहायता की है, जो विशेष एपिटोप्स के लिए प्रतिक्रिया प्राप्त करते हैं और छोटे अणु दवाओं को डिजाइन करते हैं।

SARS-CoV-2 के मामले में, S प्रोटीन में तीन समान सबयूनिट होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में एक RBD होता है। एंटीबॉडी जो आरबीडी को पहचानते हैं, एबी प्रतिक्रिया को निष्क्रिय करने का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हैं। जबकि वैज्ञानिकों ने मुख्य रूप से आरबीडी पर ध्यान केंद्रित किया है, एस प्रोटीन के अन्य क्षेत्रों को लक्षित करने वाले एबीएस को निष्क्रिय करने की बढ़ती संख्या पाई जा रही है (उदाहरण के लिए, एनटीडी और एस 2 डोमेन)। इसके अतिरिक्त, इनमें से कुछ एब्स अन्य बीटाकोरोनवायरस के लिए व्यापक रूप से क्रॉस-रिएक्टिव भी हैं।

ZIKV का E प्रोटीन सेलुलर एंट्री और फ्यूजन को सुविधाजनक बनाने के लिए महत्वपूर्ण है, जिससे यह nAbs का एक महत्वपूर्ण लक्ष्य बन जाता है जो प्रभावी रूप से ZIKV को साफ़ करता है। एब्स के संरचनात्मक लक्षण वर्णन जो ZIKV E प्रोटीन को बांधते हैं, ने कई प्रसंगों का खुलासा किया है। कुछ एब एपिटोप्स (क्रिस्टलोग्राफी द्वारा विशेषता) परिपक्व ZIKV के ज्ञात क्रायो-ईएम संरचनाओं पर उपलब्ध नहीं हैं क्योंकि सबूत बताते हैं कि ई प्रोटीन गतिशील हैं और अलग-अलग अनुरूपण का नमूना लेते हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि फ्लेविवायरस “श्वास” की घटना वायरल जीवन चक्र के दौरान ई प्रोटीन के गठनात्मक परिवर्तनों का परिणाम हो सकती है। हालाँकि, ZIKV की श्वास रचना अभी तक निर्धारित नहीं की गई है।

चित्रा 1: एबी लक्षण वर्णन और चिकित्सीय विकास की योजनाबद्ध।  संक्रमित या टीका लगाए गए व्यक्तियों या जानवरों के अध्ययन से पृथक एबीएस के बाध्यकारी एपिसोड फैब-वायरल एंटीजन परिसरों के संरचनात्मक विश्लेषण के माध्यम से निर्धारित किए जाते हैं।  ये संरचनाएं टीकों, मोनोक्लोनल एब्स और छोटे अणु चिकित्सा विज्ञान के डिजाइन को सूचित करती हैं जिनका परीक्षण नैदानिक ​​​​परीक्षणों और पशु मॉडल में किया जा सकता है।  निम्नलिखित संरचनाओं के लिए सतह का प्रतिनिधित्व दिखाया गया है: फैब-एसएआरएस-सीओवी-2 एस (पीडीबी 7के90), फैब-जेडआईकेवी ईडीIII (पीडीबी 5वीआईजी), फैब-एचआईवी-1 एनवी (पीडीबी 5टी3जेड), और छोटे अणु अवरोधक-एचआईवी-1 एनवी (पीडीबी 7LO6)।चित्रा 1: एबी लक्षण वर्णन और चिकित्सीय विकास की योजनाबद्ध। संक्रमित या टीका लगाए गए व्यक्तियों या जानवरों के अध्ययन से पृथक एबीएस के बाध्यकारी एपिसोड फैब-वायरल एंटीजन परिसरों के संरचनात्मक विश्लेषण के माध्यम से निर्धारित किए जाते हैं। ये संरचनाएं टीकों, मोनोक्लोनल एब्स और छोटे अणु चिकित्सा विज्ञान के डिजाइन को सूचित करती हैं जिनका परीक्षण नैदानिक ​​​​परीक्षणों और पशु मॉडल में किया जा सकता है। निम्नलिखित संरचनाओं के लिए सतह का प्रतिनिधित्व दिखाया गया है: फैब-एसएआरएस-सीओवी-2 एस (पीडीबी 7के90), फैब-जेडआईकेवी ईडीIII (पीडीबी 5वीआईजी), फैब-एचआईवी-1 एनवी (पीडीबी 5टी3जेड), और छोटे अणु अवरोधक-एचआईवी-1 एनवी (पीडीबी 7LO6)।

निष्कर्ष

स्ट्रक्चरल बायोलॉजी ने एचआईवी -1, SARS-CoV-2 और ZIKV जैसे वायरस के प्रति प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं की गहरी समझ की अनुमति दी है। वायरल प्रोटीन से बंधे एब्स की संरचनाओं ने एंटीजन के जवाब में एब्स विकसित होने वाली विशेषताओं की भूमिका के बारे में हमारी समझ को बढ़ा दिया है। संरचनात्मक और आणविक जीव विज्ञान विधियों का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिकों ने HIV-1, SARS-CoV-2 और ZIKV वायरस के लिए Ab उपचार और टीकों की दिशा में जबरदस्त प्रगति की है।

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