Sibel Öncel
İçindekiler
Giriş
MIT’den, Profesör Mei Hong liderliğinde ve Doçent Adam Willard ile işbirliği içerisindeki bir kimyager ekibi yeni bir su dinamiği çalışması ile iyon yolakları içerisindeki suyun kısmen yönlü, anizotropik olduğunu keşfetti. Araştırmacıların türünün ilki olan verileri, su dinamiğinin iyon yolaklarında proton iletimine düzen getirmedeki rolünü kanıtlıyor. Çalışma aynı zamanda antiviral ilaçların veya diğer tedavilerin geliştirilmesine olası yeni alanlar sağlıyor.
Hong laboratuvarı üyeleri M tip grip virüsünün proton yolaklarında anizotropik suyun varlığını kanıtlamak için gelişmiş nükleer manyetik rezonans (NMR) deneyleri gerçekleştirirken, Willard’ın grubu da deneysel veriyi kesinleştirmek için tam bağımsız atom moleküler dinamik simülasyonları geliştirdi. Hong’un ana yazar olduğu araştırma, Hong laboratuvarından Martin Gelenter, Venkata Mandala, ve Aurelio Dregni ile Willard grubundan Michiel Niesen ve Dina Sharon’un yardımcı yazarlığı ile Communications Biology dergisinde yayınlandı.
Yolaklardaki Su ve Grip Virüsü
B tip grip virüsündeki BM2, virüsü asitleştirerek genetik maddesini enfekte hücrelerin içine bırakmasına yardımcı olan bir protein kanalıdır. Yolaklarındaki su gribin bulaşıcılığında elzem rol oynar, çünkü yağdan oluşan hücre zarını geçebilmesi için kanal içerisindeki proton akışını kolaylaştırır.
Hong’un laboratuvarında önceden histidin aminoasidinin virüsten suya nasıl proton aktardığını çalışılmıştı, ancak su moleküllerinin kendilerini detaylı incelememişlerdi. Bu yeni çalışma M2 yolağının içerisinde histidin ve su arasındaki hidrojen bağını tamamen anlamada eksik olan halkayı tamamladı. Grip virüsünün proteinlerini zapt edebilmek için yolağın, antiviral ilaçlar gibi, küçük moleküller ile tıkanmış olması gerekiyor ki su yolağı kırılabilsin.
“Proton atlaması” için, su-su hidrojen bağlarını hizalarken, su moleküllerinin kısmen yönlü olması gerekir. Ancak, deneysel olarak örneği dondurmadan yolaktaki suyun o çok az hizalanışını tespit etmek, aşırı derecede zor. Sonuç olarak, önceki çalışmalarda bu konunun çoğunluğu Willard gibi bilgisayar kimyagerleri tarafından gerçekleştirilmişti. Bu konudaki deneysel veri, genellikle dondurucu sıcaklıklarda elde edilen kristal yapılar ile sınırlıydı. Hong laboratuvarı, 0°C gibi çok faha ılıman derecelerde çalıştırılabilen bir rahatlatılmış NMR yöntemini kullandı. Bu derecede, su molekülleri dönüşlerini ilk kez tam da araştırmacıların hareketlerini ve yönlerini inceleyebilecekleri kadar yavaşladı.
Daha Fazla Yer, Daha Fazla Düzen
Hong’un NMR deneylerince elde edilen bu kanıtlar, BM2 kanalındaki su moleküllerinin, kanalın açık halinde daha fazla su molekülü olmasına rağmen, kanalın açık halinde kapalı halinden daha hizalı olduğunu gösterdi. Araştırmacılar, su protonlarının bu düzenini kimyasal kayma anizotropisi olarak bilinen bir manyetik özelliği ölçerek tespit etti. Düşük pH’da görülen yüksek düzen ise bir sürprizdi.
“Bu bize ilk başta mantıksız geldi” diyor Hong. “Önceki birçok NMR’dan biliyoruz ki açık kanallarda daha fazla su molekülü var, buna bağlı olarak kişi açık kanalda su moleküllerinin daha düzensiz olması gerektiğini düşünür. Ama hayır, su molekülleri aslında rahatlatılmış NMR verisine göre biraz daha hizalıydı.” diyerek ekliyor. Moleküler dinamik simülasyonları bu düzenin kilit bir proton seçici aminoasit ve düşük pH’da pozitif yüklü olan histidin tarafından sağlandığına işaret etti.
Araştırmacılar, katı hal NMR spektroskopisi ve moleküler dinamik simülasyonları kullanarak suyun düşük pH’da yolaktan yüksek pH’dakinden daha hızlı dönüp geçtiğini buldu. Bu sonuçlar hep birlikte su moleküllerinin proton atlaması için gerekli olan hizalamayı sağlarken küçük yönlendirmelerden geçtiğini ifade ediyor.
Proton İletimini Durdurarak Virüsü Engelleme
Araştırmacılar Willard ve ekibi tarafından gerçekleştirilen moleküler dinamik simülasyonlarını kullanarak su ağının açık halde kapalı halden daha az hidrojen bağı boğazları olduğunu görebildi. Bu sayede su moleküllerinin açık kanallardaki hızlı dinamiği ve yüksek yönelme hizası proton atlaması gerekli olan su ağını oluşturuyor ve virüsün başarılı enfeksiyonunu sağlıyor.
Grip virüsü bir hücreye girdiğinde endozom adı verilen küçük bir bölmeye gider. Bu endozom bölmesi asidiktir ve proteinin su kaplı yolağını açarak protonları virüs içerisine iletmesini sağlar. Asidik pH, M2 proteininin ilettiği, daha yüksek hidrojen iyonu yoğunluğuna sahiptir. Protonları ileten su molekülleri olmadan, protonlar elzem bir aminoasit olan histidine ulaşamaz. Histidin proton seçici bir aminoasittir ve su molekülleri tarafından taşınan protonları iletmek için yerinde döner. Yani su molekülleri ve histidin arasındaki bu aktarım zinciri M2 yolağından proton geçirmek ile sorumludur. Böylece, bu buluşlar, bu araştırmanın antiviral ilaçlar ve diğer pratik uygulamaların geliştirilmesinde amaca uygun olduğunu kanıtladı.
Kaynak: https://phys.org/news/2021-03-chemists-gain-insights-behavior-influenza.html
Görsel Kaynak: https://www.medicalbag.com/home/medicine/cdc-severity-of-influenza-season-low-through-february-2-2019/
Editör: Berfin Sucu