कोरोनाविषाणूंचे S-प्रथिन: मुकुटातल्या रत्नाचा शोध

Share
https://lh4.googleusercontent.com/GKUcRW_vV9blxLvj9TcdI7c4Gs0cDY4vrKQb6wpR8P70dlObbRg-r43wKKH6QQBcHNe6H1t2tswz5WgsM78D57xI7KAZPzOiUdY7CMTG2o2HN0uLIczCR9uCoCxxvVoT1WPrAqKR
चित्र सौजन्य: Pixabay/PIRO4D

 

सध्या जगात ज्या नवीन कोरोनाविषाणूने थैमान घातलेले आहे तो कोरोनाविषाणूंपैकी एक विषाणू आहे.  नवीन कोरोनाविषाणूच्या पृष्ठभागावर जसे, धोतऱ्याच्या फळावर लहानलहान काटे असतात, तशी खिळ्यांच्या आकाराची विशिष्ट प्रथिने असतात. या विशिष्ट प्रथिनांना S-प्रथिने म्हणतात. प्रथिनांच्या संरचनेमुळेच या विषाणूंचा आकार एखाद्या ‘मुकुटासारखा’ दिसत असल्याने त्यांना कोरोनाविषाणू हे नाव पडले आहे. 

ही प्रथिने शोभेसाठी नसतात; विषाणूंच्या शस्त्रागारातील ती महत्त्वाची शस्त्रे असतात. मनुष्याच्या पेशींच्या पृष्ठभागावर असलेल्या काही प्रथिनांना, म्हणजेच ग्राहींना, ही S-प्रथिने पकडून ठेवतात आणि विषाणूला पेशीत घुसण्यासाठी मदत करतात.

नवीन औषधांची आणि लसींची निर्मिती करताना विशेषकरून या S-प्रथिनालाच लक्ष्य करून ते निकामी कसे करता येईल, या उद्देशाने प्रयत्न केले जात आहेत. कारण विषाणूंच्या पृष्ठभागावर S-प्रथिनांचे रेणू मुबलक असतात आणि पेशींमध्ये विषाणूंचा प्रवेश घडून येण्यासाठी ती महत्त्वाची भूमिका बजावतात. नवीन कोरोनाविषाणूंच्या बाबतीत हे S-प्रथिन नेमके कसे आहे, आणि ते इतर कोरोनाविषाणूंतील S-प्रथिनांपेक्षा कसे वेगळे आहे, हे शोधण्याची सध्या धावपळ चालू आहे. कारण त्यामुळे औषधांच्या किंवा लसींच्या निर्मितीस मदत होणार आहे.

S-प्रथिनाच्या संरचनेचे चित्रण 

सर्व कोरोनाविषाणूंच्या S-प्रथिनांचे तीन भाग असतात; सर्वांत बाहेरचा-पृष्ठीय भाग, विषाणूच्या आवरणातून आत गेलेला देठासारखा भाग आणि आतला शेपटीचा आखूड भाग. सर्वांत बाहेरच्या पृष्ठीय भागाचे दोन उपभाग असतात: एक, तीन-शीर्षे असलेला S1 उपभाग आणि दोन, S2 उपभाग. विषाणू प्रवेशासाठी धडक देताना, पहिल्यांदा S1 उपभाग आश्रयी पेशीला जोडला जातो आणि S2 उपभाग आश्रयी पेशीच्या पटलाबरोबर एकजीव होतो. त्यामुळे विषाणूचे जनुकीय साहित्य पेशीत सोडण्यासाठी मार्ग बनतो. S1 उपभागावर काही सुस्पष्ट जागा असतात; त्यांना ‘ग्राही-बंधन जागा’ म्हणतात, ज्या आश्रयी पेशीवरील ग्राहींशी, एखाद्या जिग-सॉ कोड्याचे (जुळणी कोडे) भाग जसे एकमेकांमध्ये अडकून जुळतात, तशा जुळतात.

अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की नवीन कोरोनाविषाणूचे S-प्रथिन हे २००३ मध्ये उद्भवलेल्या सार्स साथीच्या रोगकारक विषाणूंतील प्रथिनासारखे असते आणि आश्रयी पेशीवरील त्याच ग्राहीशी म्हणजे एंजियोटेंसिन-रूपांतरण विकर-2 (ACE-2) याच्याशी जोडले जाते.

फेब्रुवारी 2020 मध्ये, युनिव्हर्सिटी ऑफ टेक्सास (ऑस्टिन) आणि नॅशनल इन्स्टिट्यूट ऑफ हेल्थ येथील संशोधकांनी अतिशीत-इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी तंत्राचा (क्रायो-इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी तंत्र) वापर करून S-प्रथिन एकजीव होण्यापूर्वीचे पहिले त्रिमीतीय चित्र तयार केले. प्रयोगशाळेत चित्र तयार करताना, त्यांनी प्रथिनांच्या तयार झालेल्या प्रतिकृती एकामागोमाग एक, वेगाने साठवल्या, त्यांवर इलेक्ट्रॉनचे झोत पाडून त्यांच्या प्रतिमा घेतल्या आणि या प्रतिमा एकत्र करून S-प्रथिनाचे संरचना चित्र तयार केले.

नवीन कोरोनाविषाणूच्या खिळ्यासारख्या संरचनेतील प्रथिनाची संरचना माहीत झाल्यामुळे संशोधकाना नवीन कोरोनाविषाणू आणि इतर कोरोनाविषाणू यांच्यात तुलना करणे शक्य झाले आहे. त्यांना आढळले आहे की मनुष्याच्या पेशीत नवीन कोरोनाविषाणू शिरताना ज्या S1 उपभागात ग्राही-बंधन जागा झाकलेल्या असतात, तो भाग खालून वर फिरतो आणि उघडा पडतो. इतर कोरोनाविषाणूंमध्येही असेच घडते. महत्त्वाचे म्हणजे सार्स विषाणूंच्या तुलनेत, नवीन कोरोनाविषाणूतील S-प्रथिन हे आश्रयी पेशींवरील ग्राहीशी १० ते २० पटीने मजबूत बंध तयार करू शकते. नवीन कोरोनाविषाणू अधिक संसर्गजन्य असतो, याचे हे कारण असावे. 

मार्च २०२० मध्ये युनिव्हर्सिटी ऑफ मिनेसोटा येथील संशोधकांनी या S-प्रथिनांच्या संरचनेबाबत अधिक सखोल संशोधन केले. क्ष-किरण स्फटिकआलेखतंत्र वापरून (एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी) त्यांनी शोधून काढले आहे की S-प्रथिनामध्ये, एक उंचावलेला कडावजा भाग असतो आणि नवीन कोरोनाविषाणूमध्ये तो सार्स विषाणूच्या तुलनेत अधिक दाट असतो. नवीन कोरोनाविषाणूला इतर फरकांबरोबरच, या कडावजा भागामुळेदेखील आश्रयी पेशींच्या ग्राहीशी मोठ्या संख्येने बंध तयार करण्याची क्षमता प्राप्त झालेली असते.

संशोधकांच्या अनेक गटांना दुसरेही काही कळीचे फरक आढळून आले आहेत. जसे, S-प्रथिनाचे तुकडे होण्याची खास जागा. एकदा विषाणू आश्रयी पेशीच्या ग्राहीशी जोडला गेला की S-प्रथिनाचे S1 आणि S2 हे उपभाग जेथे परस्परांशी जुळलेले असतात, तेथे फूट पडून दोन्ही उपभाग वेगळे होतात; यावेळी S1 उपभाग वेगळा होतो आणि S2 उपभागात रूपांतर घडून येऊन तो आश्रयी पेशीच्या पटलाबरोबर एकजीव होतो. यासाठी नवीन कोरोनाविषाणू मनुष्याच्याच पेशीतील ‘फ्युरिन’ नावाच्या विकराचा वापर करून घेतो. अशी जागा सार्स-विषाणूमध्ये नसते, परंतु अशा स्वरूपाची जागा इतर अतिसंसर्गजन्य विषाणूंमध्ये आढळून आलेल्या आहेत. फ्युरिन हे विकर आपल्या शरीरातील सर्व पेशींमध्ये आढळते आणि म्हणूनच नवीन कोरोनाविषाणूंचा प्रसार खासकरून फुफ्फुसांच्या पेशीमध्येही एवढ्या सहजपणे होत असावा, असे मानले जाते. तसेच नवीन कोरोनाविषाणूच्या बाबतीत S1/S2 यांच्यात फूट पडते त्या जागी एखादी वळ्यासारखी पसरट रचना तयार होत असावी असे दिसून येते आणि त्यामुळे फ्युरिन विकराला या जागी फूट पाडणे सोपे होत असावे. सार्स विषाणूंमध्ये मात्र ही जागा दाट आणि लहान असते.

चित्ररूपांतर: प्रणाली परब

असेही काही पुरावे मिळाले आहेत की S-प्रथिनांवर शर्करेचे कवच असते आणि त्यामुळे मनुष्याच्या प्रतिक्षम संस्थेपासून (सामान्य भाषेत तिला प्रतिकारशक्ती असेही म्हणतात) या विषाणूचे संरक्षण होत असते. 

अशा प्रकारची सूचक माहिती महत्त्वाची असते. त्यामुळे शास्त्रज्ञांना S-प्रथिनांमधील कोणत्या भागाला लक्ष्य करून त्यानुसार औषधे आणि लसी तयार करावीत, हे ठरवायला मदत होत आहे.

S-प्रथिनाला लक्ष्य करणे 

जगात चालू असलेल्या अनेक लस निर्मितीचे प्रयत्न या S-प्रथिनालाच ‘लक्ष्य’ करणे, या उद्देशाने चालू आहेत. कारण विषाणूंच्या पृष्ठभागावर ती मुबलक असतात, तसेच मनुष्याची प्रतिक्षम संस्था त्यांना सहज ओळखू शकते. ज्या लसीमध्ये S-प्रथिनाचा अखंड भाग आहे किंवा त्याचे काही तुकडे आहेत, अशी लस आपल्याला टोचली तर आपली प्रतिक्षम संस्था उद्दीपित होऊन प्रतिद्रव्ये (प्रतिपिंडे) निर्माण होऊ शकतात आणि भविष्यात विषाणूंचा संसर्ग झाला, तर त्यांच्याशी प्रतिकार करू शकतात अशी यामागील कल्पना आहे. 

नवीन कोरोनाविषाणूवर लस उपलब्ध होईपर्यंत अंतरिम उपचार म्हणून प्रतिद्रव्ये-आधारित उपचार शोधले जात आहेत. या उपचार पद्धतीत, रुग्णाला S-प्रथिनरोधी प्रतिद्रव्ये देण्यात येतील आणि अशी आशा आहे की ती विषाणूंशी जोडली जाऊन संसर्ग रोखतील. अशा स्वरूपाची प्रतिद्रव्ये याआधी काही कर्करोगाच्या उपचारांसाठी वापरली जात असून ती चांगल्या प्रकारे काम करतात, असे आढळून आले आहे. अनेक औषधकंपन्या जसे, रिजनरॉन आणि ॲस्ट्राझेनेका, अशा स्वरूपाच्या उपचारपद्धतींवर काम करीत आहेत.

S-प्रथिनाला लक्ष्य करण्यासाठी संशोधक एका नवीन प्रकारच्या प्रतिद्रव्याची चाचणी ‘लामा’ या प्राण्यावर करीत आहेत. लामा हा उंटकुलातील एक प्राणी असून तो दक्षिण अमेरिकेत आढळतो. त्याचबरोबर संशोधक आश्रयी पेशींवरील ग्राहींसारखी दिसणारी पेप्टाइडे (प्रयोगशाळेत कृत्रिमरित्या तयार केलेले प्रथिनांचे आखूड तुकडे) प्रयोगशाळेत तयार करून ती S-प्रथिनाबरोबर जोडता येऊ शकतात का, याचाही शोध घेत आहेत.

रंजिनी रघुनाथ या इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स (IISc) येथील माहिती विभागात माहिती अधिकारी आहेत.