शुक्रवार, 31 मई, 2013. अमेरिकी शोधकर्ताओं ने एचआईवी कैप्सिड, एक प्रोटीन कोट की सटीक रासायनिक संरचना का निर्धारण किया है जो वायरस की आनुवंशिक सामग्री की रक्षा करता है और इसके विषैलेपन की कुंजी है, एक ऐसी खोज जिसके खिलाफ बचाव के लिए नए तरीके हो सकते हैं। पत्रिका 'नेचर' के कवर के अनुसार अक्सर बदलता वायरस। कैप्सिड नई एंटीरेट्रोवायरल दवाओं के विकास के लिए एक आकर्षक लक्ष्य बन गया है।
वैज्ञानिकों ने लंबे समय से यह समझने की कोशिश की है कि एचआईवी कैप्सिड का निर्माण कैसे किया जाता है और इसके लिए उन्होंने विभिन्न प्रकार की प्रयोगशाला तकनीकों का उपयोग किया है, जैसे इलेक्ट्रॉनिक क्रायोमोस्कोस्कोपी, क्रायो-एमएस टोमोग्राफी, परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी और एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी। कैप्सिड के अलग-अलग हिस्सों को विवरण प्रकट करने और एक संपूर्ण अर्थ प्राप्त करने के लिए।
हालांकि, पेटस्केल सुपरकंप्यूटर के आने तक, कोई भी पूरे एचआईवी कैप्सिड को इकट्ठा नहीं कर सकता है, 1, 300 से अधिक समान प्रोटीन का एक समूह जो शंकु के आकार की संरचना बनाता है, परमाणु स्तर पर विस्तृत है। संयुक्त राज्य अमेरिका के उरबाना-शैंपेन में इलिनोइस विश्वविद्यालय के नेशनल सेंटर फॉर सुपरकंप्यूटिंग एप्लिकेशन के एक नए सुपरकंप्यूटर 'ब्लू वाटर्स' के परीक्षणों के दौरान पहेली में गुम हुए टुकड़ों को जोड़ने वाले सिमुलेशन किए गए।
"यह एक बड़ी संरचना है, जो कभी भी हल की गई सबसे बड़ी संरचनाओं में से एक है, " यूनिवर्सिटी ऑफ इलिनोइस फिजिक्स के प्रोफेसर क्लाउस शुल्टेन ने कहा, जिन्होंने पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता जुआन आर पेरिला के साथ डेटा के आणविक सिमुलेशन का संचालन किया। संयुक्त राज्य अमेरिका में पिट्सबर्ग विश्वविद्यालय और वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय के सहयोगियों द्वारा किए गए प्रयोगशाला प्रयोगों से एकीकृत। "यह बहुत स्पष्ट था कि बहुत से सिमुलेशन की आवश्यकता होगी, जो अब तक का सबसे बड़ा सिमुलेशन प्रकाशित किया गया है। 64 मिलियन परमाणुओं की भागीदारी, " उन्होंने कहा।
पिछले शोध से पता चला था कि एचआईवी कैप्सिड में समान प्रोटीन की एक श्रृंखला होती है। वैज्ञानिकों को पता था कि पेंटागोन और हेक्सागोन में प्रोटीन की व्यवस्था की जाती है और यह माना जाता है कि पैंटागोन एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के साथ कैप्सिड के सबसे मजबूत गोल कोना बनाते हैं, लेकिन यह नहीं जानते थे कि इनमें से कितने प्रोटीन निर्माण ब्लॉक आवश्यक थे या पेंटागन और कैसे हेक्सागोन कैप्सिड बनाने में शामिल होते हैं।
स्ट्रक्चरल बायोलॉजी के प्रोफेसर पीजुन झांग द्वारा निर्देशित, पिट्सबर्ग टीम ने कैप्सिड के बुनियादी घटकों को उच्च लवणता की स्थिति में उजागर किया, जिससे प्रोटीन हेक्सागोन्स से बने ट्यूबों में शामिल हो गए। अन्य प्रयोगों में प्रोटीन के विशिष्ट क्षेत्रों के बीच बातचीत का पता चला है जो "कैप्सिड असेंबली और वायरल स्थिरता और संक्रामकता के लिए मौलिक हैं, " शोधकर्ताओं ने रिपोर्ट की।
टीम ने अपने सामान्य आकार का एक अनुमानित विचार प्राप्त करने के लिए, वर्गों में काटे गए पूर्ण कैप्सिड की क्रायोएलेट्रोनिक टोमोग्राफी भी की। पेरिला और शुल्टेन ने इन प्रयोगों के डेटा का उपयोग किया और अपने स्वयं के सिमुलेशन से हेक्सामर्स और पैंटामर्स के बीच बड़े पैमाने पर कंप्यूटर सिमुलेशन की एक श्रृंखला को अंजाम दिया जो कि कैप्सिड के बिल्डिंग ब्लॉकों के संरचनात्मक गुणों का प्रतिनिधित्व करते थे।
"सामान्य कैप्सिड से मेल खाने का काम, 64 मिलियन परमाणुओं से बना है, विभिन्न प्रयोगात्मक डेटा के साथ केवल कंप्यूटर सिमुलेशन के माध्यम से किया जा सकता है, जिसमें हमने एक पद्धति का उपयोग करके आणविक गतिशीलता का लचीला समायोजन विकसित किया है, " शुल्टेन ने समझाया। यह मूल रूप से डेटा को सिमुलेशन में शामिल करने के अलावा, बड़े जैविक अणुओं की भौतिक विशेषताओं और व्यवहार का अनुकरण करने के लिए है, ताकि मॉडल वास्तव में डेटा के साथ एक सहमति की ओर बढ़ जाए। "
सिमुलेशन से पता चला कि एचआईवी कैप्सिड में 216 हेक्सागोन प्रोटीन और 12 पेंटागन प्रोटीन शामिल थे जो संकेतित प्रयोगात्मक डेटा के रूप में व्यवस्थित थे। इन पेंटागन और हेक्सागोन को बनाने वाले प्रोटीन सभी समान थे लेकिन, फिर भी, उन दोनों के बीच संघ के कोण कैप्सिड के एक क्षेत्र से दूसरे में भिन्न होते हैं। "यह वास्तव में रहस्य है, " शुल्टेन ने कहा। "एक प्रकार का प्रोटीन इस प्रकार से कैसे भिन्न हो सकता है? प्रोटीन को स्वाभाविक रूप से लचीला होना चाहिए।"
पंचकों ने "सतह की तेज वक्रता को प्रेरित किया, " शोधकर्ताओं ने बताया, कैप्सिड को एक बंद संरचना की अनुमति देता है जो संभव नहीं होता अगर कैप्सिड केवल हेक्सागोन्स से बना होता। शुल्टेन ने कहा कि एचआईवी कैप्सिड की एक विस्तृत रासायनिक संरचना का अधिग्रहण शोधकर्ताओं को यह अध्ययन करने की अनुमति देगा कि यह कैसे कार्य करता है, जो कि फार्माकोलॉजिकल हस्तक्षेप के लिए निहितार्थ के साथ कार्य करता है।
शोधकर्ता ने कहा, "एचआईवी कैप्सिड में वास्तव में दो पूरी तरह से विपरीत घर होते हैं, " आनुवांशिक सामग्री को संरक्षित किया जाना है, लेकिन एक बार कोशिका में जाने के बाद इसे बहुत ही अच्छे समय पर आनुवंशिक सामग्री को छोड़ना पड़ता है: बहुत तेज नहीं। यह अच्छा है, बहुत धीमी गति अच्छा नहीं है। ” इस संबंध में, उन्होंने स्पष्ट किया कि कैप्सिड के खुलने का समय विषाणु के विषाणु की डिग्री के लिए आवश्यक है, इसलिए उस समय यह संभवतः एचआईवी संक्रमण में हस्तक्षेप करने का सबसे अच्छा तरीका है।
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वैज्ञानिकों ने लंबे समय से यह समझने की कोशिश की है कि एचआईवी कैप्सिड का निर्माण कैसे किया जाता है और इसके लिए उन्होंने विभिन्न प्रकार की प्रयोगशाला तकनीकों का उपयोग किया है, जैसे इलेक्ट्रॉनिक क्रायोमोस्कोस्कोपी, क्रायो-एमएस टोमोग्राफी, परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी और एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी। कैप्सिड के अलग-अलग हिस्सों को विवरण प्रकट करने और एक संपूर्ण अर्थ प्राप्त करने के लिए।
हालांकि, पेटस्केल सुपरकंप्यूटर के आने तक, कोई भी पूरे एचआईवी कैप्सिड को इकट्ठा नहीं कर सकता है, 1, 300 से अधिक समान प्रोटीन का एक समूह जो शंकु के आकार की संरचना बनाता है, परमाणु स्तर पर विस्तृत है। संयुक्त राज्य अमेरिका के उरबाना-शैंपेन में इलिनोइस विश्वविद्यालय के नेशनल सेंटर फॉर सुपरकंप्यूटिंग एप्लिकेशन के एक नए सुपरकंप्यूटर 'ब्लू वाटर्स' के परीक्षणों के दौरान पहेली में गुम हुए टुकड़ों को जोड़ने वाले सिमुलेशन किए गए।
"यह एक बड़ी संरचना है, जो कभी भी हल की गई सबसे बड़ी संरचनाओं में से एक है, " यूनिवर्सिटी ऑफ इलिनोइस फिजिक्स के प्रोफेसर क्लाउस शुल्टेन ने कहा, जिन्होंने पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता जुआन आर पेरिला के साथ डेटा के आणविक सिमुलेशन का संचालन किया। संयुक्त राज्य अमेरिका में पिट्सबर्ग विश्वविद्यालय और वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय के सहयोगियों द्वारा किए गए प्रयोगशाला प्रयोगों से एकीकृत। "यह बहुत स्पष्ट था कि बहुत से सिमुलेशन की आवश्यकता होगी, जो अब तक का सबसे बड़ा सिमुलेशन प्रकाशित किया गया है। 64 मिलियन परमाणुओं की भागीदारी, " उन्होंने कहा।
पिछले शोध से पता चला था कि एचआईवी कैप्सिड में समान प्रोटीन की एक श्रृंखला होती है। वैज्ञानिकों को पता था कि पेंटागोन और हेक्सागोन में प्रोटीन की व्यवस्था की जाती है और यह माना जाता है कि पैंटागोन एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के साथ कैप्सिड के सबसे मजबूत गोल कोना बनाते हैं, लेकिन यह नहीं जानते थे कि इनमें से कितने प्रोटीन निर्माण ब्लॉक आवश्यक थे या पेंटागन और कैसे हेक्सागोन कैप्सिड बनाने में शामिल होते हैं।
स्ट्रक्चरल बायोलॉजी के प्रोफेसर पीजुन झांग द्वारा निर्देशित, पिट्सबर्ग टीम ने कैप्सिड के बुनियादी घटकों को उच्च लवणता की स्थिति में उजागर किया, जिससे प्रोटीन हेक्सागोन्स से बने ट्यूबों में शामिल हो गए। अन्य प्रयोगों में प्रोटीन के विशिष्ट क्षेत्रों के बीच बातचीत का पता चला है जो "कैप्सिड असेंबली और वायरल स्थिरता और संक्रामकता के लिए मौलिक हैं, " शोधकर्ताओं ने रिपोर्ट की।
टीम ने अपने सामान्य आकार का एक अनुमानित विचार प्राप्त करने के लिए, वर्गों में काटे गए पूर्ण कैप्सिड की क्रायोएलेट्रोनिक टोमोग्राफी भी की। पेरिला और शुल्टेन ने इन प्रयोगों के डेटा का उपयोग किया और अपने स्वयं के सिमुलेशन से हेक्सामर्स और पैंटामर्स के बीच बड़े पैमाने पर कंप्यूटर सिमुलेशन की एक श्रृंखला को अंजाम दिया जो कि कैप्सिड के बिल्डिंग ब्लॉकों के संरचनात्मक गुणों का प्रतिनिधित्व करते थे।
"सामान्य कैप्सिड से मेल खाने का काम, 64 मिलियन परमाणुओं से बना है, विभिन्न प्रयोगात्मक डेटा के साथ केवल कंप्यूटर सिमुलेशन के माध्यम से किया जा सकता है, जिसमें हमने एक पद्धति का उपयोग करके आणविक गतिशीलता का लचीला समायोजन विकसित किया है, " शुल्टेन ने समझाया। यह मूल रूप से डेटा को सिमुलेशन में शामिल करने के अलावा, बड़े जैविक अणुओं की भौतिक विशेषताओं और व्यवहार का अनुकरण करने के लिए है, ताकि मॉडल वास्तव में डेटा के साथ एक सहमति की ओर बढ़ जाए। "
सिमुलेशन से पता चला कि एचआईवी कैप्सिड में 216 हेक्सागोन प्रोटीन और 12 पेंटागन प्रोटीन शामिल थे जो संकेतित प्रयोगात्मक डेटा के रूप में व्यवस्थित थे। इन पेंटागन और हेक्सागोन को बनाने वाले प्रोटीन सभी समान थे लेकिन, फिर भी, उन दोनों के बीच संघ के कोण कैप्सिड के एक क्षेत्र से दूसरे में भिन्न होते हैं। "यह वास्तव में रहस्य है, " शुल्टेन ने कहा। "एक प्रकार का प्रोटीन इस प्रकार से कैसे भिन्न हो सकता है? प्रोटीन को स्वाभाविक रूप से लचीला होना चाहिए।"
पंचकों ने "सतह की तेज वक्रता को प्रेरित किया, " शोधकर्ताओं ने बताया, कैप्सिड को एक बंद संरचना की अनुमति देता है जो संभव नहीं होता अगर कैप्सिड केवल हेक्सागोन्स से बना होता। शुल्टेन ने कहा कि एचआईवी कैप्सिड की एक विस्तृत रासायनिक संरचना का अधिग्रहण शोधकर्ताओं को यह अध्ययन करने की अनुमति देगा कि यह कैसे कार्य करता है, जो कि फार्माकोलॉजिकल हस्तक्षेप के लिए निहितार्थ के साथ कार्य करता है।
शोधकर्ता ने कहा, "एचआईवी कैप्सिड में वास्तव में दो पूरी तरह से विपरीत घर होते हैं, " आनुवांशिक सामग्री को संरक्षित किया जाना है, लेकिन एक बार कोशिका में जाने के बाद इसे बहुत ही अच्छे समय पर आनुवंशिक सामग्री को छोड़ना पड़ता है: बहुत तेज नहीं। यह अच्छा है, बहुत धीमी गति अच्छा नहीं है। ” इस संबंध में, उन्होंने स्पष्ट किया कि कैप्सिड के खुलने का समय विषाणु के विषाणु की डिग्री के लिए आवश्यक है, इसलिए उस समय यह संभवतः एचआईवी संक्रमण में हस्तक्षेप करने का सबसे अच्छा तरीका है।
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