Viruslar fizik qonunlarga boʻysunadi va bu tamoyillarni tushunish yangi terapevtik yondashuvlarni yaratish yoʻlini ochadi. Karin Wuertz-Kozak va Maureen Ferran bilan birgalikda yozilgan ushbu matn dastlab tadqiqotchilardan materiallar toʻplaydigan The Conversation saytida eʼlon qilingan.
Biomeditsina muhandislari va biologlarning mexanobiologiyaga — jismoniy kuchlarning biologiyaga taʼsirini oʻrganishga — qiziqishi qisman hujayra miqyosidagi fizikaning goʻzalligidan kelib chiqqan. Fizika hamma joyda namoyon boʻladi: arteriya devor hujayralari qon oqimi ga qanday javob berishidan tortib, dumshuk hujayralari vaznni qanday ushlab turishiga yoki oʻpka hujayralari har bir nafas olishda tsiklik ravishda qanday kengayishiga qadar.
Tananing har bir tuzilish elementi maʼlum kombinatsiyalardagi jismoniy kuchlarga duch kelgani sababli, uni zararlaydigan viruslar ham shu kuchlar bilan oʻzaro taʼsirlashga majbur boʻladi. Viruslarning bu kuchlar bilan oʻzaro taʼsiri ularning hujayralarni infeksiya qilish va jiddiy kasalliklarni keltirib chiqarish qobiliyatiga taʼsir qiladi.
Mikroskopik virus zarrachalari organizmga kirganida, ular hayot siklini davom ettirish uchun mezon-xost hujayralarining mexanizmidan foydalanishga bogʻliq. Koʻpgina viruslar avval hujayra sirtidagi reseptorlarga bogʻlanadi. Ichki sitoskeleton tomonidan taʼminlangan hujayra membranasi harakati uning egilishiga va invaziv zarrachani qamrab olishiga olib keladi, bu esa uni ichkariga tashib oladigan kichik pufak hosil qiladi. Endotsitoz deb nomlanadigan bu jarayon virusning hujayra tomonidan qabul qilinishiga olib keladi.
Kirganidan soʻng, virus hujayraning ichki tuzilmasi boʻylab harakatlanadi, oʻz genetik materialini ajratib beradi va nusxalarini ishlab chiqarish uchun hujayra apparatidan foydalanadi. Keyin yangi virus zarrachalari qoʻshni hujayralarni zararlash uchun hujayradan chiqib ketadi.
Bu bosqichlarning har biri mohiyatiga jismoniydir. Hujayra membranasi ning tarangligi virusning integratsiyasiga yordam berishi yoki toʻsqinlik qilishi mumkin. Ushbu virus zarrachalarini tashish sitoskeleton shuningdek hujayralar atrof-muhitni aniqlash va bosim qoʻllash uchun ishlatadigan tuzilmadir. Bundan tashqari, hujayra muhitining qattiqligi hujayraning qanday tarqalishi va tashkil topishi aniqlaydi, bu esa uni hujumkorga nisbatan sezgirligini oʻzgartirishi mumkin.
Sogʻlom odam odatda infeksiyadan tez tiklanadi. Biroq, oʻpka fibrozi kabi allaqachon mavjud kasalliklarga ega odamlarda — bu yerda oʻpka toʻqimalari qattiqlashadi va toʻliq kengayib bora olmaydi — virus infeksiyasi holatini ogʻirlashtirishi mumkin. Toʻqimalarning infeksiyaga mexanik moyilligi shifokorlar kasallik paytida keksa odamlar va immuniteti zaif odamlar bilan aloqadan saqlanishni tavsiya qilishining sabablaridan biridir.
Bizning laboratoriyamiz kundalik jismoniy yuklamalar kasalliklarni qanday ogʻirlashtirishi mumkinligini tushunish uchun turli toifadagi toʻqimalarning mexanobiologiyasini oʻrganmoqda. Masalan, ogʻir narsalarni koʻp marta koʻtarish va tashish umurtqa pogʻonali disklarni eskirtirishga, sunʼiy nafas olish esa oʻpkalarni haddan tashqari choʻzish va shikastlashga olib kelishi mumkin.
Biroq, plastik Petri idishida hujayralarni madaniyatga qoʻyish — aksariyat virologiya laboratoriyalaridagi standart usul — faqat rasmdagi qismini koʻrsatadi. Toʻqimalarni madaniyatga qoʻyish uchun ishlatiladigan plastik tirnoq toʻqimalarga qaraganda ancha qattiq boʻlib, koʻproq ish stoli, oʻpka emasga oʻxshaydi. Hujayralar tajribalar paytida bu farqni his qiladi; muhitning qattiqligi ularning xatti-harakatiga va infeksiyaga javob berishiga taʼsir qilishi mumkin.
Inson tanasining mexanikasini laboratoriyaga olib kirish uchun biz oʻpka hujayralarini PDMS deb nomlangan moslashuvchan silikon polimerning yupqa qatlamlarida madaniyatga qoʻyamiz, uni haqiqiy oʻpka toʻqimasining yumshoqligiga mos keladigan darajada sozlaymiz. Bu qatlamlar kompyuter buyrugʻi bilan tsiklik ravishda choʻziladigan va boʻshashadigan kichik kameralarga joylashtiriladi, bu esa choʻzilish darajasi va muddatini belgilaydi. Bu bizga nafas olishning jismoniy harakatlarini simulyatsiya qilish imkonini beradi.
Biz infektsiya qilingan hujayralarni mikroskop ostida qizil rangda porlatish uchun genetik jihatdan oʻzgartirilgan virusdan foydalanishimiz mumkin, u hujayralar orasida qanday tarqalishini kuzatamiz. Ammo infeksiya paytida hujayra mexanikasining oʻzgarishini qanday kuzatish mumkin? Bizning jamoamiz YAP va TAZ deb nomlangan ikkita muhim protein faoliyatini kuzatadi, ular hujayra kuchini sensor sifatida ishlaydi. Toʻqima qattiqlikka yoki zoʻriqishga duch kelganda, bu sensorlar yadrogacha harakatlanadi va oʻsish va tiklanish bilan bogʻliq genlarni faollashtiradi. Bunday kuchlar yoʻqligida, odatda yumshoqroq toʻqimalarda sodir boʻlganidek, YAP va TAZ faol boʻlmaydi va yadroning tashqarisida qoladi.
Baʼzi viruslar aynan shu signallash yoʻlini ishlatishi maʼlum; shuning uchun YAP va TAZ ni oʻrganish mexanik kuchlar va infeksiya bir-biriga qanday taʼsir qilishini anglashga yordam berishi mumkin. CRISPR gen tahrirlash vositasidan foydalanib, biz YAP yoki TAZ ga fluoresens markerni biriktirib, ular nafaqat mexanik kuchlarga, balki potentsial ravishda infeksiyaga ham javob berganida mikroskop ostida ularning real vaqt rejimida faollashishini kuzatishimiz mumkin.
Bu platforma yordamida biz quyidagi savollarga yaxshiroq javob bera olamiz: oʻpka hujayralari turli kuchlarda infeksiyaga farqli javob beradimi? Yoki bu kuchlar viruslar bilan infeksiya samaradorligini oʻzgartiradimi? Hozirgi vaqtda bizning dastlabki natijalarimiz hujayra muhitining qattiqligi hujayralarning infeksiya darajasiga taʼsir qilishini koʻrsatadi: fibrozga oʻxshash qattiqroq yuzalarda yetishtirilgan oʻpka hujayralari yanada kuchliroq infeksiya qilingan koʻrinadi.
Virus infeksiyasining mexanikasini tushunish dunyo boʻylab respirator infeksiyalarning doimiy tarqalishi tufayli tadqiqotchilar va shifokorlar uchun alohida qiziqish uygʻotadi. Oddiy shamollash, COVID-19 va gripp — bu virus infeksiyalari ning faqat kichik qismi: insonni 200 dan ortiq virus turlari zararlashi maʼlum.
Mexanobiologiya infeksiya sikli uchun biokimyoviy yoki immunologik jihatlari kabi muhim boʻlishi mumkin. Mikroskop ostida qattiq va haddan tashqari yuklangan oʻpka ile yumshoq, sogʻlom oʻpka oʻrtasidagi farq aniq va viruslar bu muhitlarda moslashuvchan tarzda harakatlana oladi.
Olimlar bu mexanik signallarni xaritalash paytida, infeksiyalarni oldini olish va davolash uchun yangi imkoniyatlar paydo boʻlmoqda. Ulardan biri toʻqimalardagi jismoniy zoʻriqishni kamaytiradigan terapiyalar yoki hatto bemorlarga toʻqimalarning qattiqlashishiga yoki ular keltirishi mumkin boʻlgan maʼlum bir infeksiya yoʻllariga va zarariga duch kelishini bildira oladigan biomarkerlar boʻlishi mumkin. Inson tanasi kimyoviy boʻlgani kabi mexanik hamdir va bu uning duch keladigan infeksiyalarga ham tegishli.
