Coronavirüs’te Aşı İçin İpucu: Şekerli Kamuflaj

Virüslere ve patojenlere karşı verilen savaşta, bilim insanları gen ve proteinlerin dışında hücre yüzeylerindeki karmaşık şeker veya “glikanlar”a da bakıyorlar

Atife Nida Karakaya, (İnönü Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Yüksek Lisans Öğrencisi), Düzeltme: Hikmet Geçkil (İnönü Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü)

Hücrelerin dışında “tüylü” elbiseleri vardır. Bu size şaka gibi gelebilir, çünkü bilim kitaplarında hücreler genellikle içi su dolu balonlar gibi pürüzsüz bir şekilde resmedilirler. Fakat bu kesinlikle doğru değildir.
Gerçekte, bir hücrenin yüzeyi, ağacın gövdelerindeki dallar ve yapraklar gibi uzanan karmaşık ve çeşitli karbonhidrat (şeker) kümeleri ile süslenmiştir. Bu kısım, bir hücrenin dünyaya gösterdiği yüzüdür. Bu karmaşık karbonhidrat veya glikanlar, diğer hücreler veya moleküller ile karşılaşmalarında ve etkileşimlerinde kritik rol oynarlar.
Biyomedikal araştırmalarda glikanların önemi gittikçe artmaktadır.  Çünkü araştırmacılar, bu şekerlerin bağışıklık aktivasyonu, düzenlenmesi ve yönlendirilmesinde yardımcı olduklarını kanıtlamıştır.
“Glikanlar”ın insan sağlığı ve hastalıklarındaki yapı ve işlevlerinin incelenmesi ile çeşitli patojenler daha iyi anlaşılmış ve yeni terapilerin bulunması sağlanmıştır.  Ancak COVID-19 salgını bu konuya daha fazla aciliyet getirdi. Birçok bilim insanı glikan konusundaki bilgisinin SARS-CoV-2 virüsü ile mücadele için temel olabileceğine inanıyor. Bu nedenle, birkaç araştırma ekibi, bu virüsün potansiyel güvenlik açıklarına işaret eden glikanlarının ilk ayrıntılı modellerini yayınladı.

Şekerlerin Hayati Kullanımları 

Genomik ve proteomik çalışmalrı hep glikomiklerin önüne gemiştir. Bunun nedeni şekerlerin karmaşıklığı onları incelemeyi zorlaştırmaktadır. DNA, RNA ve proteinler, tanımlanmış kurallara göre inşa edilen doğrusal moleküllerdir. Bilim insanları bunları sıralamak, analiz etmek ve manipüle etmek için araçlara da sahiptir. Fakat glikanlar bilinen bir kalıbı olmayan dallanmış bir yapı gösterirler. Örneğin, iki aynı protein üzerindeki aynı bölge, çok farklı dallanma motifleri olan glikanlara sahip olabilir.
Glikanlar ayrıca DNA veya proteinlerden daha fazla potansiyel konfigürasyona sahiptir: örneğin, üç farklı nükletid altı farklı DNA sekansı ve üç farklı amino asit altı farklı peptit oluşturabilirken, üç glikan yapı taşı, binlerce yapı oluşturabilir. Glikanlar esnek, titrek ve değişkendir. Girift, dinamik ve tahmin edilemeleri zordur. Analizleri daha sofistike ekipman ve daha fazla teknik uzmanlık gerektirir.

Sonuç olarak, “glikobiyoloji alanı daha uzman bir alt disiplini oluşturur. Bununla birlikte, 2010'larda, bu karbonhidratların biyolojide daha geniş bir şekilde dikkate alınması gerektiği anlaşıldı. Şekerler, sadece mutlu etmek için Noel hediyeleri değildir. Bunlar evin (hücrenin) yapısının kritik unsurlarıdır.
Glikanlar proteinlerin kararlı hale gelmesine yardımcı olur ve onların doğru katlanmasına da katkıda bulunurlar. Hücrelerin yüzeyindeki bir protein reseptörün hareket ve fonksiyonunu düzenlerler. Büyüme faktörü sinyali yolağından tutun sperm ve yumurtanın bağlanmasına kadar birçok süreçte rol alırlar. İnsanların kan grubunu belirlerler.
Kardiyovasküler (kalp-damar) hastalık, diyabet (şeker hastalığı) ve diğer birçok tıbbi durumlarda rol oynarlar. Yani, bu şekerler vücutta muazzam çeşitlilikte rollere sahiptir. Glikanların bileşimlerini, nerede bulunduklarını ve fonksiyonlarını henüz yeni anlamaya başlıyoruz.
Bu nedenlerden dolayı, şekerleri hesaba katmadan, proteinlerin ve hücrelerin nasıl etkileşime girip işlev gördüklerini tam olarak anlayamayız.

HIV Bize Bu Konuda Yol Gösteriyor

Glikobiyolojinin yükselişi özellikle immünoloji (bağışıklık bilimini) dönüştürücü olmuştur. Glikanlar bağışıklık hücrelerinin aktivasyonu, düzenlenmesi ve akışına yardımcı olurlar.
Bazı bağışıklık hücrelerimiz, diğer insanların, hayvanların veya patojenlerin hücrelerinin yüzey şekerlerini yabancı olarak algılar ve onlara karşı bir cevap verebilir.
Bakteriler ve virüsler bu olgudan faydalanmak için evrimleşti. Patojenler, konakçı hücrelere erişme, farklı hedef dokulara gitmek, bağışıklık sisteminden kaçınmak ve belirli hastalıklara yol açabilecek iltihaplanmayı başlatmada bu glikanları yolun her adımında kullanırlar.
Ancak bilim insanları, insanlarda bağışıklık yetmezliğine sebep olan HIV’nin biyolojisini detaylıca araştırmaya başlayana kadar bu bağlantıları henüz tam olarak bilmiyordu. Yani diğer deyişle, glikanlarla ilgili pek çok şeyi HIV yüzünden öğrendik.

SARS-CoV-2 virüsünün insan hücrelerini enfekte etmek için kullandığı yüzey başak (Spike) proteininin bu modelinde, glikanlar içindeki katlanmış peptidin üstünde bir orman kanopisi gibi görünür. Araştırmacılar, bu modelleri proteinin savunmasız bölgelerini (kırmızı renkli) ve etkili aşı hedefleri olmayacak korumalı bölgeleri (siyah) belirlemek için kullanmayı umuyorlar.  doi: 10.1101/2020.04.07.030445

Eğer bir HIV aşısı konferansına giderseniz, aslında yüksek seviyede bir glikobiyoloji konferansı olduğunuzu görürsünüz.  Hemen hemen her HIV aşısı üzerine çalışan bir kişi, aşıyı tasarlarken ilk olarak şekerleri düşünür. Burada, HIV konakçının glikanlarını kendine bir battaniye gibi sarar ve konakçının bağışıklık hücrelerinden korunarak onun hücresel makinelerini rehin alıp kendisini üretmek için kullanır. Bu glikan kalkanlar virüsü bağışıklık sistemi hücresi gibi gösterir. Virüsün üzerinde de insan hücrelerine bağlanmasına ve bu hücrelere girmesine izin veren yüzey proteini tamamen bu şekerler ile kaplıdır: yani, bu yönde çalışan proteinlerin (reseptör) kütlelerinin en az yarısı karbonhidrattır… Yani, virüsler “koyun kılığındaki kurt” gibidirler.
Araştırmalar, HIV'inin yüzeyinin nerede ise tamamının glikanla kaplandığını gösteriyordu. Öylesine yüksek bir şeker yoğunluğu vardır ki, bu şekerlere insan glikanları için mümkün olan kimyasal değişiklikler yapmak nerede ise imkansızdı ve bağışıklık sisteminden saklanabiliyorlardı.

Virüs üzerindeki bazı glikan yamaları daha az olgun, daha ilkel bir kimyasal formda idi.  Bu primitif glikan yamaları HIV’in hem başarısı hem de zayıf noktaları idi. Yamalarını dolaşımdaki bağışıklık hücrelerine sunarak, virüs lenf düğümlerine kadar gelebiliyor ve orada T hücrelerini enfekte edebiliyordu.
Fakat birkaç yıl sonra, kronik olarak enfekte olmuş hastaların üçte birinde, bağışıklık hücreleri glikanları yabancı olarak tanımaya başlar ve patojenle savaşmak için antikorlar üretirler.  Keşfedilen bu antikorlardan ilki, HIV üzerinde belirli bir glikan kümesini tanıyordu. Ve bu büyük bir sürpriz oldu. Çünkü bilgilerimize göre, antikoarlar genellikle şekerleri değil proteinleri hedeflerdi. Fakat bu şekerler virüsler için insan hücreleri tarafından üretildiklerinden bunları hedef almak o zamana kadar mantıklı gelmiyordu. Çünkü onları hedef almak “otoimmün” bir yanıta yol açabilirdi.
Dolayısı ile, o zamana kadar şekerlere karşı bir antikor oluşturulamayacağı köklü bir dogma idi.
Ancak daha sonra bu glikanlara karşı birçok antikor tanımlandı ve protein/glikanın kombinasyonunu tanıyacak birçok antikor geliştirildi. Ayrıca, bu glikanlar virüsün proteinlerine erişimi engellediklerinden, bu zorluğu aşmak için de yöntemler geliştirildi. Yani, bu şekerler nötralize edici antikor çalışmalarını tamamen şekillendirmeye başladı.
Araştırmacılar, HIV ile savaşırken bağışıklık sistemini uygun şekilde uyarmak için, aşının glikan içermesi gerektirdiğini fark ettiler. Çıplak viral proteinlere karşı iyi çalışan bir aşı, glikan kalkanlarına sahip bu proteinlerin arkasına saklanan virüse karşı etkili olmayabilirler.
Dolayısı ile, virüsün glikanlarını tanıyan yeni HIV inhibitörleri geliştirmeye yönelik çabalar devam etmektedir. Bu antiviral tedavilerin bazıları klinik çalışmalara bile geçmiştir.

Önemli ama Korunmasız Bir Kalkan

Yoğun bir glikan kalkanı, grip virüslerini sadece bağışıklık sisteminden maskeleyerek değil, aynı zamanda gribin hareketli bir immünolojik hedef haline gelmesini de engeller.
Virüsler, şekersiz bölgelere yeni şekerler ekleyerek, daha önce etkili olan antikorları etkisiz hale getirebilir.
Ancak virüsler glikanlara başka şekillerde de güvenirler. İnfluenza (grip) kendisini konakçı hücre içine sokarken konakçı üzerinde yaygın olan bir glikana bağlar. Aslında şekerler, virüsün hangi dokulara ve hangi canlı türlere bulaşabileceğini belirlerler.

Örneğin, kuş gribi mutant suşları insan konakçılarına atladığında, bunun nedeni genellikle virüsün belirli glikanlarla etkileşimlerinin değişmiş olmasıdır. Bu virüsün glikanı, insanları kuş gribinden koruyan glikanlara göre sadece küçük bir farka sahiptir.
İnfluenza virüsü ayrıca konakçı hücrelerden kaçmak ve vücuda yayılmak için glikanları kesen bir enzim de kullanır. Tamiflu dahil olmak üzere çeşitli etkili grip antiviralleri, bu enzimleri inhibe eder.
Bakteriler de vücutta maskelenmek için benzer şekilde glikanlarını kullanır. Bazı bakteriler kendilerini insan glikanlarını taklit eden şeker kapsülleri ile kaplar; glikan bazlı aşıların bunlara karşı etkili olduğu kanıtlanmıştır. Bazı patojenler, bağışıklık sisteminin kendilerine karşı esen fırtınasından kaçmak için glikanları tuzak olarak bırakırlar.
Birkaç otoimmün bozukluk (örn., Guillain-Barré sendromu gibi), istilacıların glikanlarından kaynaklanan ve daha sonra sağlıklı insan dokularıyla çapraz reaksiyona giren antikorları tetikler.
Şimdilerde, bilim insanları COVID-19'un nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için dikkatlerini SARS-CoV-2 virüsünü kaplayan glikanlara yönlendiriyorlar. Koronavirüs tarafından insan hücrelerine bağlanmak için kullanılan Spike (başak) proteininin bir glikan kalkanıyla kaplandığını, ancak HIV ve diğer birçok virüsten daha az yoğun olduğunu buldular.

Dahası, bu glikan bölgeleri gripte ölçüde mutasyona uğramış gibi görünmemektedir. Bu da antikorların SARS-CoV-2'ye karşı başarılı bir araç olabileceğini düşündürmektedir. Glikanlar, başak proteininin belirli bölgelerini korur. Bu korumada, glikanların başka bir rolünün olduğunu şüphelendirecek boşluklar bulunmaktadır.
Viral proteinlerin kararlılığına katkı sunmaktan, enfekte ettiği hücrelere bağlanmasına yardımcı olmasına kadar, bu olası farklı işlevleri birbirinden ayırmak için modeller geliştiriliyor.
Bir grup bilim insanı, glikan içeren potansiyel bir antikor tedavisinin mümkün olabileceğini ileri sürmektedir. Devam etmekte olan diğer araştırmalar, korunmasız protein veya glikan-protein kombinasyonlarının hedeflenecek potansiyel güvenlik açıkları olabileceğini göstermektedir.
Ancak şimdilik, klinik çalışmalarda denenen COVID-19 aşılarının genellikle DNA veya RNA bazlı olduğu görülmektedir.
[caption id="attachment_5925" align="alignnone" width="900"] Grafik resim. Dr. Özdoğan'ın izniyle[/caption]
Böyle çok yönlü yeni bir virüs, gözlerimizi neredeyse her şeye açmamızı gerektirir.
Daha önceki binlerce glikan analiz verisi, COVID-19 verileri ile birlikte değerlendirilerek, bu şekerlerin enfeksiyon riski ve şiddetli semptomlara yatkınlıktaki rolleri tahmin edilmeye çalışılıyor.
Bazı araştırmalar ise kanser dahil birçok hastalıkta bu glikanların rollerine odaklı. Yani “glikomik” üstesinden gelmemiz gereken bir sonraki engel gibi görünüyor. Genomik ve proteomikten sonra bu konulardaki yeni cephe glikomiktir.
Kaynak: Quanta Magazine

Bir Katilin Profili: Koronavirüsün pandemisine güç katan karmaşık biyolojisi

Bilim insanları SARS-CoV-2'nin nasıl çalıştığını, nereden geldiğini ve bundan sonra ne yapabileceğini anlamak için bulmacanın parçalarını bir araya getirmeye çalışıyorlar. Ancak COVID-19'un kaynağı hakkında acil cevaplar bekleyen sorular var.

Çeviri: Sevim Gürbüz (İnönü Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Yüksek Lisans Öğrencisi), Düzeltme: Hikmet Geçkil (İnönü Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Öğretim Üyesi)

---

Koronavirüslerin patojenleri arasındaki bağlantı 1960'lara kadar gizli kaldı. Daha sonra araştırmacılar, insanlarda yaygın soğuk algınlığına neden olan taç benzeri yapılara sahip iki virüs izole etti. İlk kez hasta hayvanlarda tanımlanan bu virüsler, dikenli protein (Spike) ile süslenmiş benzer bir yapıya sahipti. Elektron mikroskopları altında, bu virüsler güneşin koronasına benziyordu ve bu da 1968'de araştırmacıları bu grup için “koronavirüs” terimini ortaya atmasına sebep oldu.
Bunlar dinamik bir katil virüsler ailesiydi: köpek koronavirüsleri kedilere zarar verebiliyor, kedi koronavirüsü domuz bağırsaklarını tahrip edebiliyordu. Araştırmacılar, bu virüslerin insanlarda sadece hafif semptomlara neden olduğunu düşündüler. Ta ki 2003 yılında şiddetli akut solunum sendromunun (SARS) patlak verene kadar. SARS salgını, bu çok yönlü virüslerin insanları ne kadar kolay öldürebileceğini ortaya koydu.
COVID-19 pandemik dalgası tsunamiye dönüşüp ölenlerin sayısı arttıkça, araştırmacılar SARS-CoV-2 adlı bu yeni koronavirüsün biyolojisi hakkında mümkün olduğunca bir şeyler öğrenmeye çabalıyorlar. Katilin profili ortaya çıkarken, bilim insanları bu virüsü insana bulaşabilen diğer koronavirüslerden çok daha ölümcül hale getiren bir dizi adaptasyon geliştirdiğini öğrendiler. Yakın akrabalarının aksine, SARS-CoV-2 insan hücrelerine birden fazla noktadan kolayca saldırabiliyordu. Bununla birlikte virüsün ana hedefleri akciğerler ve boğazdı. Vücudun içine girdikten sonra, virüs tehlikeli moleküllerin çeşitli bir cephaneliğini kullanıyordu. Ve genetik kanıtlar, bu virüsün doğada muhtemelen on yıllardır saklandığını gösteriyordu.
Ancak bu virüs hakkında çok önemli bilinmeyenler var: Tam olarak nasıl öldürüyor? Daha mı ölümcül bir şeye dönüşecek, yoksa geçireceği değişikliklerle (mutasyon) zayıflayacak mı? Bir sonraki salgın hakkında bize hangi ipuçlarını verebilir?
Koronavirüsler, insanları enfekte eden diğer virüslerden daha büyük. Çapları yaklaşık 125 nanometre olan ve yeni ortaya çıkan hastalıkların çoğunu oluşturan bu virüsler, çoğaltmak (kendini kopyalamak) için RNA'yı kullanırlar. Koronavirüsler gerçekten de sahip oldukları büyük RNA genomları ile öne çıkmaktadırlar. 30,000 genetik harfe (baz nükleotid) ile koronavirüsler tüm RNA virüslerinin en büyük genomlarına sahiptir. Genomları HIV ve Hepatit C 'den 3 kat, grip virüsünden ise 2 kat daha büyüktür.
Koronavirüsler aynı zamanda genomik bir düzeltme (edit etme) mekanizmasına sahip birkaç RNA virüsünden biridir. Bunun anlamı, virüs kendisini zayıflatabilecek mutasyonları (değişmeleri) düzeltir ve böylece bu mutasyonların onu zayıflatmasına izin vermez. Bu yetenekleri sayesinde, Hepatit C virüslerini engelleyebilen “ribavirin” gibi yaygın antiviral ilaçlar SARS-CoV-2'a karşı bir etki göstermezler. Çünkü, çoğu antiviral ilaç mutasyonları indükleyerek virüsleri zayıflatır. Ancak koronavirüsler, bu düzeltici değişiklikleri fark edebilir ve düzeletebilir. Grip virüsleri, koronavirüslerden üç kata daha sık mutasyona uğrar. Bu da grip virüsünün hızlı bir şekilde evrimleşmesini sağlar ve her yıl bu virüslere karşı yeni aşılar geliştirmek zorunda kalırız. Ancak koronavirüslerin, kendilerine ölümcül bir dinamizm veren özel bir numarası vardır; sıklıkla RNA'larının parçalarını diğer koronavirüslerle değiştirerek yeniden birleştirirler ve hibrit koronavirüsler ortaya çıkar.
İki uzak koronavirüs akrabası aynı hücreye ulaştığında, rekombinasyonla yeni hücre tiplerini enfekte eden ve diğer insan dahil hayvan türlere geçebilen versiyonlara dönüşebilirler.
Rekombinasyon yani parça değişimi, insanları enfekte ettiği bilinen 61 farklı virüs taşıyan yarasalarda sıklıkla görülen bir olaydır. Çoğu durumda, virüsler yarasalara zarar vermez ve neden zarar vermediği hakkında çeşitli teoriler vardır. Virüs bulaşmış yarasa hücreleri, kendilerini öldürmeyen ve hücrede virüsleri barındırmayı mümkün kılan bir sinyal yayarlar.
İlk koronavirüsün ortaya çıkışına ilişkin tahminler, 10,000 yıl ile 300 milyon yıl öncesine kadar dayanan geniş bir zaman dilimini düşündürmektedir. Bilim insanları, insanları enfekte eden düzinelerce koronavirüsten yedi tanesini iyi bilmektedir. Bunlardan, yaygın şekilde soğuk algınlığına neden olan ikisi (OC43 ve HKU1) kemirgenlerden ve ikisi (229E ve NL63) yarasalardan geldi. Şiddetli solunum yetmezliği hastalıklarına neden olan diğer üç virüs olan SARS-CoV (SARS nedeni), Orta Doğu solunum sendromu MERS-CoV ve şu an COVID-19’a sebep olan SARS-CoV-2 yarasalardan geldi. Ancak bilim insanları, virüsün doğrudan yarasa ile değil yarasalar tarafından enfekte olan aracı bir hayvanla insana geçiş yaptığını düşünüyorlar. Bu aracının, Çin'deki canlı hayvan pazarlarında satılan misk kedileri ya da pangolinler (karıca yiyen) olduğu düşünülmektedir.
SARS-CoV-2'nin kökeni hala açık bir sorudur. Araştırmacılar, virüsün genetik materyalinin %96'sını, Çin'in Yunnan'da bir mağarada bulunan yarasadaki virüsle benzer olduğunu söylüyor. Ama burada çok önemli bir fark var. Koronavirüslerin başak (Spike) proteinleri, insan hücrelerine girmesindeki başarısının merkezi olan reseptör bağlanma alanı adı verilen bir bölgeye sahip olmaları. SARS-CoV-2’nin hücreye bağlanma bölgeleri, onun insanları enfekte etmesinde önemlidir ve bu bölgeler Yunnan’da ki yarasa virüsünden önemli ölçüde farklıdır.
Bilinen insan koronavirüsleri birçok hücre tipini enfekte edebilse de, hepsi esas olarak solunum yolu enfeksiyonlarına neden olur. Aradaki fark, yaygın soğuk algınlığına neden olanlar üst solunum yolunda kalırken, MERS-CoV ve SARS-CoV orada tutunmakta zorluk çeker ve aşağıya inerek akciğerlerdeki hücreleri enfekte ederler. Yeni koronavirüs olan SARS-CoV-2 ise ne yazık ki her ikisini başarılı bir şekilde yapabilir. Uani, SARS-CoV-2 hem soğuk algınlığı koronavirüslerinin bulaşıcılık kapasitesine hem de MERS-CoV ve SARS-CoV koronavirüslerinin ölümcüllüğüne sahiptir.
Bir komşunun öksürüğü yolunuza on virüs gönderirse, bunlar boğazınızda bir enfeksiyon başlatabilir. Ancak, oradaki hücrelerde bulunan saç benzeri kirpikler işlerini yapar ve istilacıları temizler. Fakat komşunuz size daha yakınsa ve öksürüğü ile size doğru 100 virüs gönderirse bu virüslerden bazılarının akciğerlere gitme şansı yüksektir.
Bu durum, COVID-19'lu kişilerin neden bu kadar farklı hastalık seviyesine sahip olduklarını açıklayabilir. Virüs boğazda veya burunda başlayabilir, öksürük üreterek tat alma ve koku duyunuzu bozabilir ve sonra orada bitebilir. Ya da akciğerlere inebilir ve bu organı zayıflatabilir. Virüslerin hücreden hücreye taşınarak mı yoksa bir şekilde akciğerlere yıkanıp mı geldikleri bilinmemektedir.
Enfekte kişilerin çoğu, virüse bağlanan ve onarlı nötralize (etkisiz kılan) ve böylece hücreye girmesini engelleyen antikorlar oluşturur. Ama bazı insanların bağışıklık sistemi böyle mükemmel çalışmıyor. Bu yüzden bazıları hafif semptomlarla bir hafta içinde iyileşirken, diğerleri gittikçe kötüleşen akciğer hastalığına yakalanır. Ancak virüs bazen boğaz hücrelerini atlayabilir ve doğrudan akciğerlere girebilir. Bu da, bu kişilerin öksürük veya ateş gibi olağan hafif semptomlar göstermeden, doğrudan pnömoni (zatürre) olmalarına yol açabilir. Bu iki durum, SARS-CoV-2'nin normal soğuk algınlığı koronavirüslerinin bulaşıcılığını, MERS-CoV ve SARS-CoV'nin ölümcüllüğü anlamına geliyor. Yani diğer bir deyimle bu yeni koronavirüs, talihsiz ve tehlikeli bir birleşimidir.
Virüsün üst solunum yollarında enfekte etme ve aktif olarak çoğalma yeteneği sürpriz bir şeydi. Çünkü yakın genetik akrabası olan SARS-CoV bu yeteneğe sahip değil. SARS-CoV-2 ise semptomlar başlamadan önce bile viral partiküllerini boğazdan tükürüğe salabilir bu da kişiden kişiye kolayca geçebilmesi anlamına gelir.
Birçok şey bilinmese de, SARS-CoV-2 akciğerlere indiğinde yaptığı şey, solunum virüslerinin yaptıklarına benzer. SARS-CoV, influenza (grip virüsü) gibi davranarak akciğerlerdeki oksijeni kan dolaşımına veren alveolleri ve minik keseleri enfekte eder. Bu keseleri kan damarlarından ayıran hücresel bariyer, damarlardan gelen sıvının sızıp oksijenin kana ulaşmasını engeller. Beyaz kan hücreleri de dahil olmak üzere diğer hücreler harekete geçer ve hava yolunu daha da tıkarlar. Güçlü bir bağışıklık tepkisi bazı hastalarda tüm bunları temizlerken, bağışıklık sisteminin aşırı reaksiyonu beraberinde doku hasarını getirip durumu kötüleştirebilir. Yangı (enflamasyon, iltihap) ve doku hasarı çok şiddetli ise, akciğerler asla iyileşmez ve kişi ya ölür veya akciğerlerinde kalıcı hasar oluşur.
SARS-CoV’un verdiği hasar, MERS-CoV ve hayvan koronavirüslerinde olduğu gibi akciğerlerde durmaz. SARS-CoV-2 enfeksiyonu, “sitokin fırtınası” olarak bilinen aşırı bir bağışıklık tepkisini tetikleyebilir ve bu da çoklu organ yetmezliğine ve ölüme bile yol açabilir. Virüs ayrıca bağırsakları, kalbi, kanı, spermi (MERS-CoV gibi), gözü ve muhtemelen beyni enfekte edebilir. COVID-19'lu kişilerde görülen böbrek, karaciğer ve dalak hasarı, virüsün kanda taşınabileceğini, çeşitli organları veya dokuları enfekte edebileceğini düşündürmektedir.
Boğaz veya akciğerleri enfekte eden SARS-CoV-2, başak (Spike) proteinlerini kullanarak, konakçı hücrelerin koruyucu zarını bozar. İlk olarak, proteinin reseptör bağlanma bölgesi ya da bölgeleri, konakçı hücrenin yüzeyinde bulunan ACE-2 adlı bir reseptöre kilitlenir. ACE-2, tüm organları besleyen atar ve toplardamarların iç kısmını döşeyen hücrelerin yüzeyinde ifade olur. Fakat bu reseptör özellikle alveollerde ve ince bağırsakları kaplayan hücreler üzerinde daha yoğundur.
Virüsün hücreye giriş mekanizması kesin bilinmemekle beraber, kanıtlar virüsün kendisini Spike (başak) proteini ile hücrenin ACE-2 reseptörüne bağladıktan sonra, hücrenin proteaz denen özel bir veya birkaç enzimi ile başak proteinini kestiği ve onun füzyon (kaynaşma) peptidlerini açığa çıkardığını göstermektedir. Konakçı hücrenin zarını ayıran bu küçük amino asit zincirleri virüsün zarının hücre zarı ile birleşmesini sağlar. İstilacının, yani virüsün genetik materyali (RNA) hücrenin içine girdiğinde, virüs yeni viral partiküller üretmek için konağın moleküler mekanizmasına komuta eder. Sonra oluşan yeni virüsler (virionlar), hücreden çıkıp diğer hücrelere veya solunumla diğer insanlara bulaşır.

Hücrelerimize girmek için, SARS-CoV-2 kendini benzersiz bir şekilde donatmıştır. Hem SARS-CoV hem de SARS-CoV-2, ACE-2 reseptörü ile hücreye bağlanır, ancak SARS-CoV-2'nin reseptör bağlanma bölgesi veya bölgeleri özellikle hücre reseptörüne tam oturur. Yeni koronavirüsün yani SARS-CoV-2’nin ACE-2'ye bağlama olasılığı SARS-CoV'dan 10-20 kat daha fazladır. Daha da rahatsız edici olan durum ise, SARS-COV-2'nin viral başak (Spike) proteinini ayırıp aktif hale getirmek için bizim “Furin” enzimimizi kullanıyor olmasıdır. Araştırmacılar, bu durumun endişe verici olduğunu söylüyorlar çünkü Furin vücudumuzda değişik doku ve organlarda ve solunum sistemimizi yapan hücrelerde bol miktarda bulunur. Furin aynı zamanda HIV, Influenza (grip), kızıl humma (Dengue), Ebola dahil olmak üzere diğer tehlikeli virüslerin de hücrelerimize girmek için kullandığı bir proteinimizdir. Halbuki SARS hastalığına sebep olan SARS-CoV tarafından kullanılan protein moleküllerimiz hücrede çok daha az bulunur ve o kadar etkili de değillerdir.
Bilim insanları, işe Furin’in katılmasının SARS-CoV-2'nin neden hücreden hücreye, kişiden kişiye ve muhtemelen hayvandan insana geçişte bu kadar iyi olduğunu açıklayabileceğini söylüyorlar. Bu durumun, SARS-CoV-2'nin, SARS-CoV'a nazaran akciğerlere derinlemesine dalma şansını 100-1000 kat daha arttırdığı tahmin ediliyor.
Bu konudaki belirsizlik ise Furin tarafından kesilen bu belirli bölünme bölgelerinin genetik talimatlarının nasıl bu virüste bir araya geldiğidir. Virüs muhtemelen onları rekombinasyonla (parça değişimi) kazanmış olsa da bu özel inşa durumuna, bu türdeki diğer koronavirüslerde daha önce rastlanılmamıştır. Virüsün kökenini saptamak, hangi hayvanın bu virüsün insanlara ulaşmasında virüs tarafından sıçrama tahtası olarak kullanıldığının bulmacanın çözümünün son parçası olabilir.
Koronavirüs 2019 hastalık (COVID-19) pandemisi hızla yayılıyor. SARS-CoV-2, bir koronavirüs olarak tanımlansa da bu yeni virüs hakkındaki bilgimiz çok sınırlı. Virüsün yüksek enfektivitesi, etkili antiviral ve aşıların eksikliği ve potansiyel olarak büyük asemptomatik (belirti vermeyen) popülasyonlar, COVİD-19'un yönetimini son derece zor hale getirmiştir.
SARS-CoV-2, β-koronavirüs ailesine aittir ve genom dizilemesine göre bilinen SARS-CoV’a %79, MERS-CoV’a ise %50 kadar benzemektedir. SARS-CoV ile aynı olan SARS-CoV-2, vasküler endotel, solunum epiteli, alveolar monositler ve makrofajlarda geniş olarak ifade edilen bir ana reseptör olan “anjiyotensin dönüştürücü enzim 2'yi (ACE-2)” kullanır.
Ana bulaşma ya da bulaştırma yolu, virüse doğrudan veya dolaylı olarak solunum yolları ile maruz kalmaktır. SARS-CoV-2’nin boğazdan izolasyonu ve üst solunum yolu hücrelerinde onun viral subgenomik haberci RNA (sgRNA)’sının tespiti, bu virüsün üst solunum dokularında aktif replikasyon (çoğalma) yeteneğine sahip olduğunu gösteriyor.
Dikkat çekici noktalardan diğer bazıları ise, bazı COVID-19 hastalarında inflamasyonun gittikçe artışı ve olağandışı bir kan pıhtılaşma eğilimidir.
Enflamatuar fırtına kavramı tartışmalı olmaya devam etse de bağışıklık aracılı enflamasyonun, tıpkı SARS'da olduğu gibi, COVID-19'un patogenezinde önemli bir rol oynadığına şüphe yoktur. COVID-19'un ilerlemesi, lenfosit sayısında sürekli bir azalma ve nötrofillerin belirgin şekilde yükselmesi ile ilişkili gibi görünmektedir. Bu arada, COVID-19 hastalarında C-reaktif protein, ferritin, interlökin (IL)-6, IP-10, MCP1, MIP1A ve TNFa dahil olmak üzere enflamatuar belirteçler belirgin şekilde yüksek seviyelerde seyreder. Çeşitli çalışmalarda azalmış lenfosit sayısı ve yüksek ferritin, IL-6 ve D-dimer düzeylerinin COVID-19 ölümlerindeki artış ile ilişkili olduğu bildirilmiştir. Ağır vakalarda daha belirgin olarak B hücreleri, T hücreleri ve doğal katil (NK) hücrelerinde genel bir düşüş görülür. Kritik bir COVID-19 hastasında CD8+ T hücre sayısında azalma olmasına rağmen, bu hücrlerin aktivasyonun arttığı rapor edilmiştir.
Kaynaklar

• https://www.nature.com/articles/d41586-020-01315-7
• https://www.nature.com/articles/s41422-020-0327-4

Koronavirüsün acımasızlığı: Vücutta ANTİKOR üretmeden kendini gizlemesi!!!

Antikor testi, bağışıklık sistemimizin yabancı bir şeye (virüs) cevap verip vermediğini gösterir. Başka virüsler için iyi bir teşhis veren bu testler, COVID-19'da neden işe yaramaz?

Bu testler hastalıkları teşhis etmek için kullanılabilse de, COVID-19’da çok yararlı değiller. Çünkü bu hastalıkta antikorlar enfeksiyondan ancak 1-2 hafta sonra yapılıyor. Virüs teşhisinde kullanılan testler (örn. PCR) ise virüsü belirlediğinden enfeksiyonları daha erken tespit edebilir.

Bazı özel bağışıklık hücreleri virüsü parçalayıp parçalarını B hücresi adı verilen bir tür beyaz kan hücrelerine sunar.

Virüs parçaları B hücresine çarptığında, bu B hücresi kendi kopyalarını yapar ve bir antikor fabrikasına dönüşür.

B hücresinin oluşturduğu bu antikorlar daha sonra kan dolaşımına salınır...

Yapılan antikorların hepsi aynı kalitede değildir. Ancak, bazıları virüse yapışıp onu zararsız (inaktif) hale getirirler.

Hatta bu antikorlar bir haberci gibi davranarak, bazen diğer bağışıklık hücrelerini de yardıma çağırır ve virüsü ortadan kaldırmada yardımcı olurlar.
Kaynak
The Verge

Remdesivir: Taklit Bir Genetik Yapıtaşı (Moleküler, Biyokimyasal ve Fizyolojik Özellikleri)

Tuğçe Kaymaz (Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi Araştırma Görevlisi, Fırat Üniversitesi Tıp Fakültesi Doktora öğrencisi), Hikmet Geçkil (Öğretim Üyesi, İnönü Üniversitesi)
ABD Başaknı Donald Trump'ın "Klorokin" ve "Hidroksiklorokin" konusundaki spekülatif açıklamalarından sonra, yeni koronavirüse karşı bugünlerde adı en sık duyulan başka bir ilaç REMDESİVİR oldu.

Peki, Remdesivir nedir? Neye benzer? Etki mekanizması?

Koronavirüsler (vd virüsler), hücre zarına bağlanarak onunla kaynaşır ve hücreye girer. İçeri girer girmez çoğalmak için virüs, RNA bağımlı RNA polimerazını (RdRp) kullanarak konakçı hücrenin tüm işleyişine zarar verir ve onu kendisini üretecek bir fabrikaya çevirir.
SARS-CoV-2 adı verilen koronavirüs bazı ilginç özelliklere de sahip.
Bir kere normal bir virüse göre oldukça büyük bir genomu ve protein repertuarı var. Genomu birçok tehlikeli virüs (HIV, Influenza, Ebola, Zika, Polio, vd koronavirüsler olan SARS ve MERS) gibi bir RNA zinciri. Ancak, genomunun büyüklüğü onların 3-5 katı. Kodladığı protein çeşidi de bu virüslerin çoğundan çok daha büyük.
RNA’sı pozitif (+) anlamlı (ya da anlatımlı) bir zincir. Bu ne demek?

Diğer çoğu virüsün tersine, kronavirüs hücreye girdiğinde bu RNA’sı doğrudan ribozomlarımıza bağlanabilir (ribozomlar proteinlerimizin sentezlendiği karmaşık makinelerdir). Yani bu virüsün RNA’sı, hem bir mRNA (ribozomlarda proteine ifade edilen RNA türü), hem de onun kromozomu (bizdeki DNA gibi). Ribozomda bu şifre (mRNA) proteinlere deşifre olur. Yani, virüsün 30 kadar proteini yapılır (ifade veya translayon diyoruz). Bu proteinler arasında tabi ki RdRp de bulunur. Bu enzim, virüsün RNA’sına bağlanır ve ondan yeni kopyalar üretir. Oluşan virüs proteinleri ve yeni RNA’ları bir araya getirilir, paketlenir ve al sana yeni ve taze virüsler hem de kısa sürede milyonlarcası.
Peki, virüs kendi RNA’sının kimyasalları olan A,G,C,U ve proteinlerinin yapıtaşları olan 20 çeşit amino asiti nereden alır?
Hepsini hücrelerimiz ona sağlar…
Peki, virüs kendi parçalarını nasıl birleştirip tam bir virüse dönüşür?
Virüs bunu da yapamaz. Bu montajı da yapan yine hücrlerimiz ve hücrelerimizin “endoplazmik retikulum” ve “Golgi aygıtı” denen paketleme ve kargo kompartmanları!
RdRp’ın yapıya girdiği kompleks moleküle (replikaz) dönersek…
Virüs, genomunu çoğaltmak (replikasyon) ve transkripsiyon (pozitif zincir RNA’lar üretmek) için RNA bu enzimi kullanır.

İnfluenza (grip) virüsü RdRp enzimi ile ile karşılaştırıldığında, SARS-CoV-2’nin RdRp enzimi replikasyon ve transkripsiyon sırasında oluşan hataları, yani mutasyonları düzletebilmektedir. Bu da bu virüsün başka şekillere, tiplere vs’ye dönüşmesini engeller. Diğer bir değimle SARS-CoV-2, her yıl yenisi ortaya çıkan grip virüsüne göre daha kararlıdır. Bazılarına göre, SARS-CoV-2 için bir aşı geliştirirsek, grip aşısının tersine bunu her yıl yenilemek zorunda kalmayız!
Lafı çok uzattık… Konumuza dönersek.
Koronavirüsler dahil bazı diğer virüslerde de olan ancak bizde olmayan RdRp enzimi oldukça korunmuş bir enzim. Yani, bu enzimin amino asit dizisine bakarsak hemen tüm virüslerde oldukça benzer. Bu da onu iyi bir “ilaç hedefi” yapar.
Bu ilaçlardan biri bir antiviral molekül olan REMDESİVİR…

Remdesivir yapı olarak RNA’daki fosfatlı “A” harfine (AMP, adenozin monofosfat) benzer. Bu kimyasal (harf) hem bizim hem de virüsün çoğalması için elzemdir.
Remdesivir ileri COVİD-19 hastalarına çoğu zaman damardan enjeksiyonla verilir (çünkü, bunu hap olarak aldığımızda sindirim sitemimiz büyük oranda parçalayıp atar!).
Peki, bu ilaç nasıl olup da hücrelerimizin çoğalmasını değil de sadece virüslerin çoğalmasını engellemektedir?
Bizim RNA’larımızı yapan enzimin adı “RNA polimeraz”. Virüsün ise RdRp (RNA bağımlı RNA polimeraz). İkisi oldukça farklı enzimler. Farklardan biri bizim enzimimiz DNA’ya bağlanıyor ve ondan RNA üretiyor. Koronavirüste ise RdRp, RNA’ya bağlanıp RNA üretiyor.
Hem bizim enzim hem de virüsün RdRp’ı RNA sentezi için 4 harfi (A, G, C, U) kullanmak zorunda. Yani, bu 4 kimyasal bu enzimlerde uygun yerlere bağlanıyor ve zincirleme rekasiyonlarla RNA üretiliyor (AAGCUUAGGCCAAAUAC … gibi).

Farklardan ikincisi, “Remdesivir” sadece virüsün enzimine bağlanırken, bizim enzimde bu antiviral molekülün bağlandığı bir bölge yok. Dolayısı ile hücrelerimiz genel olarak etkilenmiyor…

Kan dolaşımı aracılığı ile Remdesivir, virüslerle banyo halindeki dokulara (örn. akciğerlerimize) gelir, hücrelere girer ve RdRp 4 harfi alıp virüsün RNA’sını senetzlerken doğal olan “A” yerine bu sneteik molekülü bağlayıp zincire sokar.
BOOMMM! Bu da virüsün sonu olur.
Çünkü, doğal olmayan Remdesivir’in genetik şifrede bir karşılığı yoktur ve zincir uzamadan ham bir şekilde biter (yani, RdRp’yi bloke eder). Kazara, zincir uzasa bile ribozomlarda okunmaz. Çünkü, Remdesivir’in bulunduğı üçlü kodon tarafından tanımlanan bir amino asit yoktur. Ve böylece virüs tekrar oluşmak için ihtiyaç duyduğu RNA ve proteinlerden mahrum kalır…
Remdesivir’i biraz daha yakından tanıyalım….
Bu ilacın RdRp kullanan Ebola ve diğer koronavirüsler üzerinde geniş spektrumlu bir aktiviteye sahip olduğu ileri sürülmüştür (ancak, bu konuda tam bir bilimsel görüş birliği olmayıp, değişik sonuçlar rapor edilmiştir).
Remdesivir, antiviral ilaçların en eski sınıflarından biri olan nükleozit (Adenozin, A) analoğu bir moleküldür. Remdesivir, aşağıda bir monofosfat olarak gösterilen RNA’daki “adenozin”e benzemektedir. Ancak doğal birkaç önemli farkı vardır:

1 3′ Hidroksi grubu
Farklı nükleozid veya nükleotit analoglarının RNA polimerazlar (burada RdRp) üzerinde farklı etkileri vardır. Remdesivir, zorunlu olmayan zincir sonlandırıcı sınıfındandır. Bunun nedeni, virüsün RNA zincirine Remdesivir eklendikten sonra şekerin 3. karbonundaki hidroksilden dolayı teorik olarak nükleod eklenebilmesinin mümkün olmasıdır (fakat pratikte bu genellikle olmaz).
[caption id="attachment_5883" align="alignleft" width="1143"] Remdesivir'in çalışma mekanizması: Yapısal olmayan bir protein olan NSP12'nin diğer adı RdRp'dır. Başka bir protein olan Bu iki protein olan NSP8, NSP12’ye yardımcı olur ve beraber yeni RNA genomunun yapılıp bir virüsün içine girmesine ve böylece yeni virüs kopyalarının yapılmasına yardımcı olur.[/caption]
Hidroksil grubu, ister RNA ister DNA olsun, nükleik asidin sentezi için gerekli bir gruptur. Remdesivir, koronavirüslerin RdRp’ları ile karıştırıldığında yeni bir RNA zincirinin sentezini anında sonlandırmadığı görülmüştür. Sonlandırma etkisi zincire birkaç nükleotid daha RdRp ile ilave edildiğinde görülür. Remdesivir’den sonra zincire sokulan bu birkaç ilave doğal nükleotid, virüs enzimlerinin hata düzeltme fonksiyonunu önler ve böylece enzim zincir üzerinde geri dönüp Remdesivir’i çıkarmaz (proofreading blokajı).
2 Urasil ile baz eşleşmesi
Çift zincirli RNA'da molekülün bu yüzü, urasil (U) ile baz eşleşmesinde rol oynamaktadır. İki azot, urasil bazındaki atomların hidrojen bağları için sırasıyla proton vericisi ve alıcısı olarak işlev görür. Kimyacılar, Remdesivir’in çok benzer bir bağlanma yüzü sunarak viral polimerazlar tarafından uzatılan bir RNA zincirine dahil edildiğini düşünmektedir.
3 C-nükleozit bağı
Riboz (5 karbonlu bir şeker) ve baz (adenin) arasındaki bağlantıya “glikozidik bağ” denir. Genellikle riboz halkasındaki 1' karbonu, bazdaki bir azota bağlar. Ancak Remdesivir’de (ve diğer birkaç nükleotit analogunda) şeker ve nükleobaz, iki karbon arasındaki bir bağ ile birleştirilir. Bu, nükleaz enzimlerine ve nükleobazı şekerden ayırabilen diğer enzimlere karşı çok daha fazla kararlılık sağlar.
4 1' siyano grubu
C-nükleozit bağının gücü nedeniyle, bu karbona başka bir grubun bağlanması nerede ise imkansızdır. Siyano grubuna sahip bileşik, RdRp'yi bloke eder. Ancak konakçı hücre polimerazları (yani bizim enzimlerimiz) bundan etkilenmez.
5 Fosfat
Bu tip molekülü koruma grupları ve varyasyonları, nükleotit analoglarının hücrelere taşınmasında yaygın olarak kullanılır. Psfat grupları zaten polar olan nükleozitleri daha da polar yapar. Oldukça negatif olan fosfat gruplarının ester ya da amidlerle maskelenmesi, molekülün genel polaritesini azaltır ve hücre zarını geçerek hücrelere girmesine izin verir. İkincisi, analoğun polimerazlar (örn. RdRp) tarafından tanınabilmesi için normal bir nükleotit trifosfata benzemesi, yani fosfatlanmaları gerekir.
Hücresel ya da viral kinazlar (moleküllere fosfat grubu ekleyen enzimler) tarafından yapılan ilk fosforilasyon, çoğu kez en zor olanıdır (hız sınırlayıcı basamak). Kinazlar, oldukça seçici enzimlerdir. Molekül (Remdesivir) üzerinde hali hazırda bulunan bir fosfatla hücreye girerse, bu hız sınırlayıcı adımı atlatmış olur ve antiviral etkisi daha hızlı ortya çıkar. Koruyucu gruplar ayrılınca, nükleotit analoğu sonraki nükleotit kinazlar için uygun bir substrat olur.
Remdesivir, bir ön ilaçtır. Yani aktif halde değildir. Vücudumuzda aktif hale geçer. Hücrelerimizde yukarıdaki formülde gösterilen hali ile girer ve orada tutuku kalır. Bunun nedeni, molekülün sol yarısının kesilip buraya 3 adet fosfat grubunun enzimlerimiz tarafından eklenemsidir.

Böylece molekül iyiden iyiye negatif yüklü olur ve yağlı (lipid) hücre zarından dışarı çıkamayıp orada tutuklu kalır!
SARS-CoV ve SARS-CoV-2 gibi RdRp kullananan virüsler için bu 3 fosfatlı aktif Remdesivir artık bir inhibitör olarak görevini yapmaya hazırdır. ATP'ye göre enzime 3 kat daha hızlı bağlanır ve RNA zinciri uzarken, yukarıda değinildiği gibi zincir uzmasını durdurur. Böylece, COVID-19 hastasının viral yükü hafifketilmiş olur ve zamanla dolaşımı ve dokularındaki virüs de bağışıklık hücrlerinin yardımı ile temizlenir.
Ancak, dediğimiz gibi, Remdesivir'in etkisi konusunda bir birine zıt sonuçlar da rapor edilmiştir.
Bu da, sadece ilacın kendisinden değil hastaların metabolik ve bağışıklık farklılıklarından da kaynaklanabilir.
Kaynaklar

• Yin et al., Structural basis for inhibition of the RNA-dependent RNA polymerase from SARS-CoV-2 by remdesivir. Science, 10.1126/science.abc1560 (2020).
• Pruijssers AJ, Denison MR. Nucleoside analogues for the treatment of coronavirus infections. Curr Opin Virol. 2019 Apr;35:57-62. doi: 10.1016/j.coviro.2019.04.002. Epub 2019 May 21.
• Jingyue Ju et al. Nucleotide Analogues as Inhibitors of SARS-CoV Polymerase. bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.12.989186. March 14, 2020.
• Steffen Jockusch et al. A Library of Nucleotide Analogues Terminate RNA Synthesis Catalyzed by Polymerases of Coronaviruses Causing SARS and COVID-19. bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.23.058776. April 25, 2020.
• American Society for Biochemistry and Molecular Biology.
• Hauke S. Hillen et al. Structure of replicating SARS-CoV-2 polymerase. bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.27.063180. April 27, 2020.
• Lu Zhang et al., Role of 1’-Ribose Cyano Substitution for Remdesivir to Effectively Inhibit both Nucleotide Addition and Proofreading in SARS-CoV-2 Viral RNA Replication. bioRxiv preprint doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.27.063859. April 27, 2020.
• Calvin J. Gordon et al., Remdesivir is a direct-acting antiviral that inhibits RNA-dependent RNA polymerase from severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 with high potency. JBC Papers in Press. Published on April 13, 2020 as Manuscript RA120.013679

Koronavirüs Nasıl Değişiyor ve Yayılıyor!

Jonathan Corum ve Carl Zimmer'in izniyle... 3 Nisan 2020, The New York Times

Çeviri: Enes Gültekin, İnönü Üniversitesi, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü
Çevirmenin notu: Bir virüs, 2 ay içinde sinsi biçimde 1 kişiden >3,000,000 kişiye nasıl yayılıp dünyamızı Orta Çağa çeviren global bir pandemiye sebep oldu?

Koronavirüs, genetik talimatları (RNA üzerindeki şifreler) yağlı bir zarla çevrelemiş bir virüstür. Ancak, milyonlarca kopyasını üretmek için bir hücreye girmesi gerekir. Hücreye girince, bu talimatlarla hücreyi esir alır ve virüsün 4 farklı harften (A-U-G-C) oluşan 30,000 harfilik RNA’sı 30 kadar proteini kodlar (bir virüse göre oldukça fazla sayıda gen ve protein!)

Yeni Bir Coronavirus / 26 Aralık.

Aralık ayında Çin’in Wuhan şehrinde deniz ürünleri pazarında bir dizi gizemli pnömoni (zatürre) vakası ortaya çıktı. Ocak ayı başında araştırmacılar, pazarda çalışan bir adamdan izole ettikleri yeni bir koronavirüsün genomunun dizisini çıkardılar. Bu ilk genom, SARS-CoV-2 virüsünün dünyaya yayılışı ve takibinde bilim insanları tarafından “referans” kabul edildi.

RNA'da Bir Yazım hatası / 8 Ocak

Bir koronavirüs tarafından enfekte olmuş bir hücre, hepsi orijinal genomun kopyalarını taşıyan milyonlarca yeni virüs partikülü üretir. Hücre bu genomu kopyalarken hata yapabilir, bu hata genellikle sadece tek bir harf yanlışıdır. Bu yazım hatalarına “mutasyon” denir. Koronavirüsler kişiden kişiye yayıldıkça daha fazla mutasyon geçirirler.
Aşağıdaki genom, Wuhan'daki başka bir erken hastadan geldi ve 1 mutasyon dışında ilk vaka ile aynıydı. Sadece, RNA'nın 186. harfi olan C yerine U vardı.

Araştırmacılar, Wuhan vaka bölgesindeki birkaç genomu karşılaştırdıklarında sadece birkaç yeni mutasyon bulabildiler. Bu da farklı genomların son zamanlarda ortak bir atadan geldiğini düşündürdü. Çünkü, virüsler düzenli olarak yeni mutasyonlar biriktirir. Bundan dolayı bilim adamları salgının kökeninin Kasım 2019 civarında Çin'de olduğunu tahmin ediyor.

Aynı Soy, İki Mutasyon Daha/ 27 Şubat

186. sıradaki RNA harfindeki aynı mutasyonu taşıyan bir başka virüs yedi hafta sonra Wuhan’ın 1000 km güneydeki Guangzhou'da toplanan başka bir örnekte bulundu. Guangzhou örneğinin, ilk Wuhan örneği ile doğrudan bir ilişkisi (atası) olabileceği ya da ortak bir ata paylaşan viral kuzenler olabileceği düşünüldü.
Bu yedi hafta boyunca, Guangzhou suşları kişiden kişiye bulaştı ve birkaç nesil yeni virüs ortaya çıktı. Bu süre içinde 2 yeni mutasyon daha kazandı: İki RNA harfi daha U olarak değişmişti.

Mutasyonlar Neden Önemli?

Mutasyonlar genellikle bir geni değiştirirken kodladığı proteini değiştirmeyebilir. Proteinler, farklı şekillere katlanmış uzun amino asit zincirleridir. Her amino asit üç genetik harfle kodlanır (A, G, C, U harflerinden herhangi üçü ile), ancak çoğu durumda bir üçlünün üçüncü harfinde meydana gelen bir mutasyon yine aynı amino asidi kodlar. Bunlara “sessiz mutasyonlar” adı verilir. Dolayısı ile sessiz mutasyonlar o genden ifade edilen proteinin yapısını değiştirmez.

"Sessiz olmayan" mutasyonlar ise bir proteinin hem amino asit dizisini hem de yapısını dramatik şekilde değiştirir. Guangzhou koronavirüsünde iki tane sessiz olmayan mutasyon vardı.

Ancak proteinler yüzlerce veya binlerce amino asitten oluşabilir. Dolayısı ile, tek bir amino asit değişikliği proteinin işlevi veya şekli üzerinde belirgin bir etki göstermeyebilir.

Bazı Mutasyonlar Kaybolur, Diğerleri Yayılır

Aylar geçtikçe, koronavirüs genomunun birçok bölgesinde mutasyonlar oluştu. Koronavirüslerin bazılarında çok sayıda, bazılarında hiç mutasyon görülmemiştir. Bu etkileyici sonuç bizler için koronavirüs biyolojisi hakkında önemli ipuçları içerebilir.
Genomda mutasyonların fazla olduğu kısımlar daha esnektir. Virüsler zarar görmeden genetik dizilerindeki bu değişimleri tolere edebilirler. Daha az mutasyon bulunduran genom bölgeleri ise daha kırılgandır. Yani, bu kısımlardaki mutasyonlar, virüsün proteinlerinde daha işlevsel değişikliklere neden olup koronavirüsü yok edebilir. Bu önemli bölgeler, virüslere  antiviral ilaçlarla karşı koymak için hayati önemde hedefler olabilirler.

Koronavirüs genomunda biriken bu mutasyonlar bilim insanlarının koronavirüsün dünyaya yayılımını takip etmelerine olanak sağlar.

Amerika’daki İlk Vaka / 15 Ocak

15 Ocak'ta bir adam Wuhan'daki bir aileyi ziyaret ettikten sonra Seattle bölgesine uçtu. Uçak seyahati yapan adam birkaç gün hafif semptomlar gösterdi. Daha sonra Covid-19 için yaptırdığı test pozitif çıktı ve Amerika Birleşik Devletleri'nde ilk onaylanan Covid-19 vakası oldu.

Virüsünün genomu, Çin'deki virüslerde de bulunan üç tane tek harfli mutasyon içeriyordu. Bilim adamlarına, bu adamın enfeksiyonunun kaynağına kadar izlemeleri için izin verildi.

Seattle'da Gizli Salgın / 24 Şubat

Beş hafta sonra, Snohomish County (Washington)'da bir lise öğrencisi grip benzeri semptomlar gösterdi. Öğrencinin burnundan alınan bir sürüntü örnegindeki bulgular, öğrencinin Covid-19 olduğu gösterdi. Bilim insanları bu koronavirüs örneğinin genomunu dizilediler. Bu örnek, hem Washington'daki ilk vakada bulunan virüsle aynı mutasyonları taşıyordu ve hem de 3 tane yeni mutasyon bulunduruyordu.

Eski ve yeni mutasyonun kombinasyonundan, öğrenciye virüsün başka bir ülkeden gelen bir kişiden bulaşmadığını düşündürdü. Muhtemelen koronavirüs, Ocak ayından beri yaklaşık 5 haftadır Seattle bölgesinde idi ve fark edilmemişti.  Washington bölgesindeki bu virüsler, daha sonra Grand Princess yolcu gemisinin yanı sıra en az 14 eyalette ve dünyanın çeşitli ülkelerindeki virüslerle genetik olarak bağlantılı oldukları ortaya çıktı.

California'da Erken Bulaşma / 26 Şubat

Bu sırada, koronavirüsün farklı bir versiyonu da Kaliforniya'da gizlice dolaşım halinde idi.  CDC (Amerikan Hastalık Kontrol ve Korunma Merkezi) 26 Şubat'ta Solano İlçesinde daha önceki herhangi bir vaka veya denizaşırı seyahatle hiçbir bağlantısı bulunmayan bir hastanın test sonucunun pozitif olduğunu açıkladı.
Ertesi gün alınan bir örnekte, virüste bulunan mutasyonların Washington Eyaletindeki mutasyonlardan farklı olmadığı anlaşıldı. Virüsü sadece orijinal Wuhan genomundan ayıran tek bir mutasyon vardı. Bu durum da, virüsün Çin'den farklı bir vasıtayla Kaliforniya'ya geldiğini gösteriyordu.


Bu hastayla ilgilenen iki sağlık çalışanı da hastalandı. Sağlık çalışanlarının numunelerde hastanın mutasyonunun yanı sıra başka mutasyonlar da vardı.

Bir Virüs Sağınağı

Ocak ve Şubat aylarında, Amerika'ya kendi koronavirüslerini taşıyan daha fazla insan geldi. Bazı virüslerin, Çin'den veya Asya'nın diğer bölgelerinden olduğunu gösteren mutasyonlar vardı. Ancak, New York'ta  araştırmacıların hastalardan izole ettiği virüslerin çoğu Avrupa'da dolaşan virüslerle genetik olarak eşleşiyordu.

Şanghay–Münih / 19 Ocak

 19 Ocak'ta Şanghay'dan bir kadın Münih'e geldi. Seyahatten çok kısa bir süre önce, Wuhan'da ailesi ile görüşmüştü. Münih'e vardığında, jet lag olarak adlandırılan hafif semptomlar hissetti. Kadın Almanya’da  otomobil parçaları tedarikçisi bir firmada çalışıyordu. Geldikten sonraki gün bir şirket toplantısına gitti. Toplantıdaki diğer bazı çalışanlar hastalandı ve Covid-19 testleri pozitif çıktı. Toplantıda bir Alman erkeğin koronavirüs genomu, Çin'deki ile aynı idi ve hatta aynı mutasyonlara sahipti.

Virüsün genetik olarak benzer versiyonları daha sonra Avrupa'nın diğer bölgelerine de yayıldı. Ancak bunların vaka kümesinden mi yoksa farklı bir girişten mi geldikleri belli değildi.

New York'a hoş geldiniz / 1 Mart

New York'ta ilk onaylanan COVİD-19 vakası1 Mart’ta açıklandı. Manhattan'da yaşayan bir kadına İran’ı ziyaretinde bulaşmıştı. Ancak, bilim insanlarının New York'ta çalıştığı virüslerden hiç biri bu kadının koronavirüs genomundaki mutasyonları taşımıyordu. Bu durum, New York’taki enfeksiyonun ondan gelip devam eden bir bulaşma zincirinin parçası olmadığını gösteriyordu.

Bilim adamlarının sıraladığı New York koronavirüslerinin çoğu Avrupa'daki koronavirüslerle genetik olarak bağlantılar gösteriyordu. Diğerleri Asya'dan, bazıları ise Amerika Birleşik Devletleri'nin diğer bölgelerinden gelmiş olabilirdi.

Girişler ve Sınır Dışı Edilmeler / Mart ve Nisan 2020

Çok geçmeden, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa diğer ülkelere giriş için yeni güzergahlar haline geldi.  ABD’de koronavirüs testleri pozitif çıkan düzinelerce Guatemala’lıyı sınır dışı etti. Avrupa'da ortaya çıkan yeni mutasyonlu koronavirüsler Asya'da yeniden görüldü.

Yavaş Değişen Bir Virüs

Pandeminin şu aşamasında, 10 veya daha az mutasyona sahip koronavirüs genomları yaygın olup, 20'den fazla mutasyonu olan koronavirüsler nispeten az sayıdadır. Bu da tüm koronavirüs genomu (30000 nükleotid) ile mıkayese edildiğinde 1000’de 1’den daha aza tekabül etmektedir.

Zamanla, virüsler yeni suşlara (tip) dönüşebilir. Ocak ayından bu yana, araştırmacılar binlerce SARS-CoV-2 genomunu dizilediler ve ortaya çıkan tüm mutasyonları takip ettiler. Şimdiye kadar virüsteki mutasyonların bizi nasıl etkilediğine dair önemli bir kanıt bulamadılar.

Aslında araştırmacılar, koronavirüsün diğer bazı RNA virüslerine kıyasla nispeten yavaş değişime (mutasyona) uğradığını keşfettiler. Çünkü bu virüs, diğerlerinden farklı olarak RNA’sını çoğaltırken ortaya çıkan hataları çoğu zaman düzeltebilmektedir.
Bir koronavirüs suşunda ayda sadece iki tek harfli mutasyon olabildiği hesaplanmış. Dolayısı ile, koronavirüsün bağışıklık sistemimizden kaçmasına yardımcı olacak mutasyonlar ilerleyen zamanlarda ortaya çıkabilir. Ancak, koronavirüsün yavaş mutasyon oranı, bu değişikliklerin uzun yıllar sonra ortaya çıkacağı anlamına geliyor.
Bu olay, şu anda Covid-19 için geliştirilmekte olan aşılar için iyi bir durum olarak değerlendiriliyor. İnsanlar 2021 yılında yeni koronavirüse karşı aşılanırlarsa, yıllarca süren bir korumanın tadını çıkarabilirler.

Bilmediklerimiz

Araştırmacılar, şu anda dünya çapında üç milyondan fazla insanı enfekte eden koronavirüslerin sadece küçük bir kısmını dizileyebildiler.
Daha fazla koronavirüsün dizilenmesi oldukça fazla zaman alacaktır. Bilim adamları az sayıda genomun dizilendiği Afrika ve Güney Amerika’daki mutasyonları incelemeyi dört gözle bekliyor.

Not: DNA'nın dört harfi A, C, G ve T'dir. Koronavirüs genomu gibi RNA moleküllerinde T (timin) yerine U (urasil) geçer.
Kaynaklar: Trevor Bedford, Sidney Bell et al., Nextstrain.org; Vaughan Cooper; Ana S. Gonzalez-Reiche et al., medRxiv; Nature; New England Journal of Medicine. Cahill-Keyes World Map projection by Gene Keyes..
Çevirmen: Bu çeviriyi oluyup, gerekli düzeltmeleri yaptığı için Hocam Prof. Dr. Hikmet Geçkil'e teşekkür ederim.

COVID19 >>> Sitokin Fırtınası >>> Doku Harabiyeti

COVID-19 hastalığına sebep olan SARS-CoV-2 koronavirüsü ve SARS’a sebep olan SARS-CoV koronavirüsü yakından ilişkili olan beta-koronavirüslerdir. Her iki virüs de hücrelere giriş için hücrelerimizin yüzeyinde bulunan ve aynı zamanda enzimatik bir özelliği olan “anjiyotensin dönüştürücü enzim reseptörünü (ACE-2)” kullanır.

Bu reseptör, kalp ve akciğer dokularında yaygın olarak ifade edilir. Bu reseptörün aynı zamanda doğal bağışıklık hücrelerimizden monosit ve makrofajlar tarafından ifade edildiği bulunmuştur.
COVID-19 enfeksiyonunun temel özelliklerinden biri, klinik şiddet ile ilişkili olan lenfopenidir [düşük lenfosit (T ve B hücreleri) sayısı]. SARS-CoV, insan monositlerini ve dendritik (antijen sunan) hücreleri etkili bir şekilde enfekte ederken, MERS-CoV, dipeptidil peptidaz 4 (DPP4) yoluyla monositleri ve T hücrelerini enfekte eder.
SARS-CoV-2'nin dendritik hücreleri de enfekte etmesi mümkündür. T hücre ölümü ve dendritik hücre fonksiyon bozukluğuna bağlı bağışıklık yetmezliği, COVID-19'un immüno-patolojisine katkıda bulunabilir. Bununla birlikte, “lenfopeni” COVID-19 için kötü prognozun (hastalık durumu) bir biyobelirteçi değildir. Çünkü lenfopeni, aynı zamanda 2009 influenza A (H1N1, domuz gribi) pandemisinde önemli bir biyobelirteç idi.
SARS-CoV ve MERS-CoV ile enfekte hastalarda “sitokin fırtınası” diğer bir adı ile “sitokin salım sendromunun, (SSS)” morbiditenin (hastalığın) ana nedeni olduğu bulundu.

Sitokinler
Hücreler arasında iletişimi sağlayan, bir patojene (virüs, bakteri, vs) karşı hücrlerimizi (özellklie bağışıklık hücrlerimizi) harekete geçiren ve genel olarak yine bazı bağışıklık hücrlerimiz tarafından (nötröfil, monosit, makrofajlar) salgılanan küçük proteinlerdir.

Bir sitokin olan interlökin-6'nın (IL-6) ve diğer enflamatuar sitokinlerin yüksek serum konsantrasyonları, ciddi MERS-CoV enfeksiyonlarının ayırt edici özellikleridir.
SSS, COVID-19 olan hastalarda yaygındır ve bu hastaların serumunda yüksek IL-6, akut (şiddetli) solunum yetmezliği semptomları (belirtileri) (ARDS) ile ilişkilidir. Serum C-reaktif proteini (CRP) de betacoronavirüs enfeksiyonlarının önemli bir biyobelirteci olup, bunun ifadesi IL-6 tarafından düzenlenir.
Monosit, makrofaj ve dendritik hücrelerin betakoronavirüslerle enfeksiyonu, bu bağışıklık hücrelerinde IL-6 ve diğer enflamatuar sitokinlerin ifadesi, aktivasyonu ve salgılanmasına sebep olur. IL-6, belirgin enflamatuar özelliklere sahiptir (Şekil).

IL-6, iki ana yoldan bu sinyali verebilir: birincisinde IL-6,  gp130 (molekül büyüklüğü 130 kDalton olan bir glikoprotein) ile bir kompleks oluşturan membrana bağlı IL-6 reseptörüne (mIL-6R) bağlanır; bu akış aşağı sinyal iletimine JAK'lar (Janus kinazlar, substratlarına fosfat ekleyen enzimler) ve STAT3 (sinyal iletici ve transkripsiyon 3'ün aktifleştiricisi) aracılık eder. Membrana bağlı gp130 nerede ise her hücrede ifade edilirken, mIL-6R ifadesi büyük ölçüde bağışıklık hücreleriyle sınırlıdır. Bu çeşit sinyalin aktive olması,  kazanılmış bağışıklık sistemi hücreleri (B ve T lenfosit hücreleri) ve doğal bağışıklık sistemi hücreleri (nötrofil, makrofaj ve doğal öldürücü (NK) hücreler] üzerinde çok yönlü etkilerle “sitokin fırtınasının” esmesine katkıda bulunur.
Sitokin fırtınasına sebep olan ikinci sinyal yolu ise, dolaşımda bulunan yüksek IL-6 konsantrasyonları, zarda sabit olmayıp eriyik halde bulunan reseptör (eIL-6R)’e bağlanması ve bu kompleksin de hemen tüm hücre yüzeylerinde bulunan  gp130 dimeri ile bir kompleks oluşturmasına dayanır. Bunun sonucu, mIL-6R ifade etmeyen endotel (damarla ilgili) hücreler bile IL-6 + sIL-6R +JAK-STAT3 sinyali oluştururlar. Bu, sistemik bir “sitokin fırtınası” ile sonuçlanarak vasküler (damar) endotelyal büyüme faktörü (VEGF), monosit cezbedici protein 1 (MCP-1), IL-8 ve fazladan  IL-6 salgılanmasına ve E-kaderin (hücreleri birbirine yapıştıran çok işlevli bir protein) ifadesinin azalmasına neden olur. Yüksek VEGF ve düşük E-kaderin ifadesi, damar geçirgenliğinin artmasına ve damarlardan sızmalara neden olur. Bu da, ARDS'deki pulmoner (akçiğer) işlev bozukluğuna ve düşük tansiyon patolojisine sebep olur.

Sepsis ilişkili ARDS'de sıklıkla kortikosteroidler uygulanır. Bununla birlikte, SARS ve MERS hastalarında kortikosteroid kullanımı mortalite (ölümler) üzerinde bir iyileştirme yapmadı ve hastaların virüsten temizlenmesinde gecikmeye  neden oldu. Bunun sebebi, IL-6 antagonizması (inhibisyonu) ile enflamasyonun baskılandığı ve bu nesnele viral klirensin (temizlenmesinin) gecikmesi olabilir. Ancak, IL-6’i bloke temek makrofajlar tarafından salgılanan bir immünsüpresif (bağışıklık baskılayıcı) sitokin olan serum IL-10'un hızlı bir şekilde azalmasına neden olur ve bu da viral klirensin uzamasıyla ilgili endişeleri azaltabilir.
Kaynak: Cytokine release syndrome in severe COVID-19 (John B. Moore, Carl H. June, Science  17 Apr 2020: eabb8925 DOI: 10.1126/science.abb8925) (Kısaltılıp, değiştirilerek...)