شبیه سازی و سنتز ویروس ها: راهی سریعتر برای جلوگیری از همه گیری های آینده

• نویسنده:
• نام نویسنده

  آینده نگاری کوانتوم ران
• سپتامبر 29، 2022

خلاصه بینش

بیماری های ویروسی منجر به پیشرفت هایی در شبیه سازی ویروس برای شناسایی سریع و ساخت واکسن شده است. در حالی که تحقیقات اخیر شامل روش های نوآورانه ای مانند استفاده از مخمر برای تکثیر SARS-CoV-2 است، نگرانی ها در مورد ایمنی و جنگ بیولوژیکی همچنان وجود دارد. این پیشرفت‌ها همچنین می‌تواند باعث پیشرفت در پزشکی، کشاورزی و آموزش شخصی شود و آینده‌ای را با بخش‌های مراقبت‌های بهداشتی و بیوتکنولوژی آماده‌تر شکل دهد.

شبیه سازی و سنتز زمینه ویروس ها

بیماری های ویروسی به طور مداوم تهدیدی برای انسان ها بوده است. این عفونت‌های بسیار بیماری‌زا در طول تاریخ باعث رنج‌های زیادی شده‌اند و اغلب نقشی اساسی در نتیجه جنگ‌ها و دیگر رویدادهای جهان ایفا می‌کنند. گزارش های شیوع ویروسی مانند آبله، سرخک، HIV (ویروس نقص ایمنی انسانی)، SARS-CoV (کروناویروس سندرم تنفسی حاد شدید)، ویروس آنفولانزای 1918، و موارد دیگر، اثرات مخرب این بیماری ها را مستند می کند. این شیوع ویروسی دانشمندان در سراسر جهان را به شبیه سازی و سنتز ویروس ها برای شناسایی سریع آنها و تولید واکسن ها و پادزهرهای موثر سوق داده است. 

وقتی همه‌گیری کووید-19 در سال 2020 شروع شد، محققان جهانی از شبیه‌سازی برای مطالعه ترکیب ژنتیکی ویروس استفاده کردند. دانشمندان ممکن است قطعات DNA را برای تکثیر ژنوم ویروسی بخیه بزنند و آنها را وارد باکتری کنند. با این حال، این روش برای همه ویروس ها - به خصوص کروناویروس ها - ایده آل نیست. از آنجایی که کروناویروس‌ها ژنوم بزرگی دارند، تکثیر موثر باکتری‌ها را دشوار می‌کند. به‌علاوه، بخش‌هایی از ژنوم می‌تواند برای باکتری‌ها ناپایدار یا سمی باشد، اگرچه دلیل آن هنوز به طور کامل شناخته نشده است. 

در مقابل، شبیه سازی و سنتز ویروس ها تلاش های جنگ بیولوژیکی (BW) را پیش می برد. جنگ بیولوژیکی میکروارگانیسم‌ها یا سمومی را آزاد می‌کند که قصد کشتن، از کار انداختن یا ترساندن دشمن را دارند و در عین حال اقتصادهای ملی را در مقادیر اندک ویران می‌کنند. این میکروارگانیسم‌ها به عنوان سلاح‌های کشتار جمعی طبقه‌بندی می‌شوند، زیرا حتی مقادیر کم ممکن است تلفات زیادی ایجاد کند. 

تاثیر مخرب

در سال 2020، در رقابت برای تولید واکسن یا درمان کووید-19، دانشمندان دانشگاه برن مستقر در سوئیس به ابزاری غیرمعمول روی آوردند: مخمر. برخلاف سایر ویروس‌ها، SARS-CoV-2 را نمی‌توان در سلول‌های انسانی در آزمایشگاه رشد داد و مطالعه آن را دشوار می‌کند. اما این تیم یک روش سریع و کارآمد برای شبیه‌سازی و سنتز ویروس با استفاده از سلول‌های مخمر ایجاد کردند.

این فرآیند که در مقاله منتشر شده در مجله علمی Nature شرح داده شده است، از نوترکیبی مرتبط با تبدیل (TAR) برای ترکیب قطعات کوتاه DNA به کروموزوم های کامل در سلول های مخمر استفاده کرد. این تکنیک به دانشمندان اجازه داد تا ژنوم ویروس را به سرعت و به راحتی تکثیر کنند. این روش برای شبیه‌سازی نسخه‌ای از ویروس که یک پروتئین گزارشگر فلورسنت را رمزگذاری می‌کند، استفاده شده است و به دانشمندان اجازه می‌دهد داروهای بالقوه را از نظر توانایی آنها در مسدود کردن ویروس غربال کنند.

در حالی که این کشف مزایای زیادی نسبت به روش های شبیه سازی سنتی دارد، خطراتی نیز دارد. شبیه سازی ویروس ها در مخمر می تواند منجر به گسترش عفونت های مخمری در انسان شود و این خطر وجود دارد که یک ویروس مهندسی شده از آزمایشگاه فرار کند. با این وجود، دانشمندان بر این باورند که فرآیند شبیه‌سازی ابزار قدرتمندی برای تکثیر سریع ویروس‌ها و توسعه درمان‌ها یا واکسن‌های مؤثر است. علاوه بر این، محققان در حال بررسی اجرای TAR برای شبیه‌سازی ویروس‌های دیگر، از جمله MERS (سندرم تنفسی خاورمیانه) و زیکا هستند.

پیامدهای شبیه سازی و سنتز ویروس ها

پیامدهای گسترده تر شبیه سازی و سنتز ویروس ها ممکن است شامل موارد زیر باشد: 

• ادامه تحقیقات بر روی ویروس‌های در حال ظهور، دولت‌ها را قادر می‌سازد تا برای اپیدمی‌ها یا همه‌گیری‌های بالقوه آماده شوند.
• توسعه و تولید داروی سریع ردیابی Biopharma در برابر بیماری های ویروسی.
• افزایش استفاده از شبیه سازی ویروس برای شناسایی سلاح های بیولوژیکی. با این حال، برخی از سازمان ها ممکن است همین کار را برای تولید سموم شیمیایی و بیولوژیکی بهتر انجام دهند.
• دولت‌ها به طور فزاینده‌ای تحت فشار قرار می‌گیرند تا در مورد مطالعات ویروس‌شناسی با بودجه عمومی و تکثیر آن در آزمایشگاه‌هایشان، از جمله برنامه‌های اضطراری برای زمان/در صورت فرار این ویروس‌ها، شفاف باشند.
• سرمایه گذاری های بزرگ دولتی و خصوصی در تحقیقات شبیه سازی ویروس. این پروژه ها ممکن است منجر به افزایش اشتغال در این بخش شود.
• گسترش در زمینه پزشکی شخصی، متناسب سازی درمان ها با مشخصات ژنتیکی فردی و افزایش اثربخشی درمان های ویروسی.
• توسعه روش‌های کنترل زیستی دقیق‌تر کشاورزی، به طور بالقوه کاهش اتکا به آفت‌کش‌های شیمیایی و تقویت کشاورزی پایدار.
• مؤسسات آموزشی که بیوتکنولوژی پیشرفته را در برنامه های درسی گنجانده اند، منجر به نیروی کار ماهرتر در ویروس شناسی و ژنتیک می شود.

سوالاتی که باید در نظر گرفته شود

• به نظر شما چگونه شبیه‌سازی ویروس‌ها می‌توانند مطالعات بیماری‌های ویروسی را تسریع کنند؟
• سایر خطرات احتمالی تولید مثل ویروس ها در آزمایشگاه چیست؟