Yeni Geliştirilen Bir Araç COVID Varyantlarını Daha Bulaşıcı Hale Getirebilecek Değişiklikleri Tahmin Ediyor

Şiddetli akut solunum yolu sendromu koronavirüs-2 (SARS-CoV-2) değişmeye devam ettikçe, enfeksiyona yol açma ve bağışıklık sisteminden kaçma yeteneğini artırabilecek yeni varyantların ortaya çıkması bekleniyor.

Enfeksiyondaki ilk önemli adım, virüsün spike proteininin insan hücreleri üzerindeki anjiyotensin dönüştürücü enzim 2 (ACE2) reseptörüne bağlanmasıdır. Penn State araştırmacıları, spike proteininde virüsün insan hücrelerine bağlanmasını ve dolayısıyla virüsün bulaşıcılığını artıran amino asit değişikliklerini makul bir doğrulukla tahmin edebilen yeni bir araç geliştirmiştir.

Araç, tehlikeli SARS-CoV-2 varyantları hakkında önceden uyarı yapabilmektedir. Bu, virüsün yayılmasını önlemek için halk sağlığı önlemlerinin erken uygulanmasına yardımcı olabilir ve belki de aşıyı güçlendirici bilgi sağlayabilir.

Veterinerlik ve biyomedikal bilimler klinik profesörü ve Penn State Hayvan Tanı Laboratuvarı direktör yardımcısı Suresh Kuchipudi, 'Ortaya çıkan varyantlar insanlarda ve diğer hayvanlarda potansiyel olarak oldukça bulaşıcı olabilir. Bu nedenle, hangi amino asit değişikliklerinin virüsün bulaşıcılığını artırabileceğini proaktif olarak değerlendirmek çok önemlidir. Bu araç insanlarda ve birçok hayvan türünde ACE2 reseptörlerine bağlanan SARS-CoV-2 spike proteinindeki amino asit değişikliklerinin etkisini belirlemek için güçlü bir araçtır.' demiştir.

Ekip, SARS-CoV-2'nin spike proteininin reseptör bağlanma alanında (RBD) meydana gelebilecek amino asit (proteinleri oluşturmak üzere birbirine bağlanan moleküllerde) değişikliklerini tahmin etmek için bir model oluşturmak üzere iki aşamalı yeni bir hesaplama prosedürü kullanmıştır.

Kuchipudi'ye göre, şu anda dolaşan varyantlar, spike proteinin RBD'sinde amino asit değişikliklerine yol açan bir veya daha fazla mutasyon içerir. ‘Bu amino asit değişiklikleri, çeşitli mekanizmalar yoluyla virüsün gücünü ve enfeksiyon oluşturma yeteneğini artırabilir' demiştir.

Kuchipudi, ACE2 reseptörüne bağlanan spike proteinin virüsün hücreye girişinin ilk ve çok önemli adımı olduğunu açıklamıştır. ‘RBD ve ACE2 arasındaki bağlanma gücü, enfeksiyon dinamiklerini ve potansiyel olarak hastalık ilerlemesini doğrudan etkiler’ demiştir. ‘RBD ile ACE2 reseptörü arasındaki etkileşimi artıran amino asit değişikliklerini güvenilir bir şekilde tahmin etmek, virüsün halk sağlığına etkilerini ve bulaşıcılık potansiyelini değerlendirmede yardımcı olabilir.' yorumunda bulunmuştur.

Penn State Kimya Mühendisliği Bölümü profesörü Costas D. Maranas, ekibin yeni iki aşamalı prosedürü geliştirmesine öncülük etmiştir. Araştırmacılar, RBD'nin ACE2 reseptörüne bağlanma afinitesini ölçmek için Moleküler Mekanik-Genelleştirilmiş Yüzey Alanı (MM-GBSA) analizi adı verilen bir tekniğin tahmin gücünü test etmişlerdir. MM-GBSA analizi, virüsün RBD'sinin ACE2 reseptörüne ‘yapışması’ ile ilişkili enerjilerin toplamını saptamaktadır. Mevcut varyantlardan elde edilen verileri kullanan ekip, bu tekniğin SARS-CoV 2'nin RBD'sinin ACE2 için bağlanma afinitesini yalnızca kısmen tahmin edebildiğini bulmuştur.

Bu nedenle, Maranas ve ekibi, MM-GBSA analizinden elde edilen enerji terimlerinin bir sinir ağı regresyon modelinde (bir tür derin öğrenme algoritması) özellikler olarak kullanımını araştırmıştır ve tek bir amino asit değişikliğine sahip varyantlarda bağlanma üzerine deneysel olarak elde edilmiş verileri kullanarak modeli eğitmiştir. Model, belirli amino asit değişikliklerinin araştırılan veri kümesi için bağlanma afinitesini artırıp artırmadığını %80'den fazla doğrulukla tahmin edebilmiştir.

Maranas, 'Bir sinir ağı modeli yaklaşımıyla birleştirilen MM-GBSA, model eğitimi sırasında kullanılmayan amino asit değişikliklerinin etkisini tahmin etmede oldukça etkili görünüyor' demiştir.

Model ayrıca Alpha, Beta, Gamma ve Delta varyantlarında görülen ve halihazırda gözlemlenen çeşitli SARS-CoV-2 amino asit değişikliklerinin bağlanma gücünün tahmin edilmesine de olanak sağlamıştır. Bu, henüz keşfedilmemiş varyantlarda bu tür afiniteleri tahmin etmek için hesaplama araçları sağlayabilir. Bu hesaplama aracı henüz mevcut varyantlarda gözlenmemiş amino asit değişikliklerini de bulabilir. Bunlar virüs enfeksiyonu mekanizmasının diğer bileşenleri ile ilişkili olabilir. Bu da ACE2 reseptörü ile bağlanmanın virüs mekanizmasının tümü olmadığını hatırlatmaktadır.

Kuchipudi, 'Bu araç, genomik izlem ile elde edilen muazzam virüs dizisi verilerini anlamlandırmaya yardımcı olabilir. Özellikle, virüsün yetiştirilen hayvanlara bulaşıp bulaşmadığının saptanmasına ve ilgili önlemlerin alınmasına yardımcı olabilir.' diye sözlerine eklemiştir.