محققین موسسه واکسن انسانی دوک (DHVI) از تکنیکی به نام پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک (SAXS) با حل زمان، پرش دما (TR, T-Jump) استفاده کردند تا لحظه بسیار کوتاهی را که طی آن پاکت HIV-1 در آن به تصویر کشیده شود. Env) گلیکوپروتئین تحت یک بازآرایی ساختاری قرار می گیرد که برای ورود ویروس به سلول های انسانی ضروری است. نتایج این تیم، که نشان می‌دهد چگونه بخش کوچکی از سطح گلیکوپروتئین HIV-1 در یک میلیونیم ثانیه باز و بسته می‌شود، می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا آنتی‌بادی‌های خنثی‌کننده گسترده‌ای را طراحی و توسعه دهند که از باز شدن این ساختار جلوگیری می‌کند. واکسن ایدز
دکتر روری هندرسون، سرپرست تحقیقات، زیست شناس ساختاری که دانشیار پزشکی در DHVI است و همکارانش، یافته های خود را در پیشرفت علمدر مقاله‌ای با عنوان «دینامیک میکروثانیه‌ای ترکیب پوشش HIV-1 را کنترل می‌کند»، که در آن به این نتیجه رسیدند: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که دینامیک ساختاری مقیاس زمانی میکروثانیه نقش اساسی در کنترل انطباق Env با تأثیر بر طراحی واکسن دارد».
نویسندگان توضیح دادند که گلیکوپروتئین پوششی HIV-1 واسطه اتصال ویروسی به گیرنده CD4 سلول میزبان و ورود به سلول‌های میزبان از طریق مجموعه‌ای پیچیده از فعل و انفعالات و انتقال‌های ساختاری است که در نهایت منجر به همجوشی غشای سلول ویریون-میزبان و عفونت سلول میزبان می‌شود. اکتودومین Env از سه هترو پروتومر تشکیل شده است که هر کدام از یک دامنه gp120 متصل به گیرنده و ماشین آلات همجوشی حاوی دامنه gp41 تشکیل شده است. در حالت بسته prefusion، دامنه‌های gp120 دامنه‌های gp41 را احاطه می‌کنند، بنابراین دستگاه فیوژن را قبل از اتصال گیرنده CD4 و گیرنده CCR5/CXCR4 جدا می‌کنند.
محققان ایدز در تلاش برای درک مکانیسم دقیق همجوشی ویروسی و ورود و حالت‌های ساختاری انتقالی بوده‌اند، اما همانطور که این تیم نوشت: «اگرچه پیشرفت‌های قابل توجهی در درک ساختار ساختارهای مختلف Env انجام شده است، دینامیک مقیاس زمانی میکروثانیه مورد مطالعه قرار نگرفته است. به صورت تجربی.» این تیم ادامه داد: دانش ساختار و دینامیک Env با این وجود نقش مهمی در طراحی ایمونوژن واکسن HIV-1 ایفا کرده است. اما، در حالی که بخش هایی از پاکت به طور مداوم برای فرار از سیستم ایمنی در حال حرکت هستند، ایمونوژن های واکسن طوری طراحی شده اند که نسبتاً پایدار بمانند. تصور می‌شود که برای جلوگیری از انتقال از پیش‌فیوژن، تأیید بسته برای انتخاب جهش‌های آنتی‌بادی خنثی‌کننده عملکردی غیرمحتمل برای القای خنثی‌سازی با واکسیناسیون ضروری است.»
هندرسون و همکارانش از طریق تحقیقات جدید گزارش شده خود، بازآرایی های ساختاری در HIV-1 Env را با دقت میکروثانیه زیر نظر گرفتند و توانستند یک انتقال ساختاری ناشناخته قبلی را ثبت کنند. هندرسون گفت: “هر کاری که همه برای تثبیت این (ساختار) انجام داده اند، به دلیل آموخته های ما کارساز نخواهد بود.” این طور نیست که آنها کار اشتباهی انجام دهند. فقط ما نمی دانستیم که به این سمت حرکت می کند.»
دکتر اشلی بنت، نویسنده همکار، توضیح داد: «از آنجایی که ویروس بهترین نقطه اتصال خود را روی سلول T انسانی احساس می‌کند، گیرنده CD4 سلول میزبان اولین چیزی است که به آن می‌چسبد. این اتصال همان چیزی است که سپس ساختار پاکت را تحریک می کند تا باز شود، که به نوبه خود، یک سایت اتصال گیرنده مشترک را نشان می دهد “و این رویدادی است که در واقع مهم است.”
هنگامی که هر دو مولکول ویروس به غشای سلولی متصل می شوند، فرآیند تزریق RNA ویروسی می تواند آغاز شود. هندرسون گفت: «اگر به داخل سلول نفوذ کند، اکنون عفونت شما دائمی است. بنت موافقت کرد: «اگر آلوده شدید، بازی را از دست داده‌اید زیرا یک رتروویروس است.
ساختار متحرکی که تیم پیدا کرد، از محل حساس اتصال گیرنده مشترک روی ویروس محافظت می کند. در دو نوع Env مجزا، ما یک انتقال را شناسایی کردیم که با بازآرایی‌های ساختار Env شناخته شده با ثابت زمانی در محدوده صدها میکروثانیه مرتبط بود. هندرسون اضافه کرد: «همچنین یک ضامن برای جلوگیری از فنر شدن آن تا زمانی که آماده فنر شدن است، است.» ممکن است، نگه داشتن آن با یک آنتی بادی خاص، روند عفونت را متوقف کند.
بنت و هندرسون برای دیدن قسمت‌های ویروسی در حالت‌های مختلف باز، بسته و بین‌بین، از یک شتاب‌دهنده الکترونی در آزمایشگاه ملی آرگون در خارج از شیکاگو استفاده کردند که اشعه ایکس را در طول موج‌هایی تولید می‌کند که می‌تواند چیزی به کوچکی یک اتم را حل کند. به تیم سه بلوک 120 ساعته سینکروترون داده شد تا سعی کنند در جلسات ماراتن تا جایی که می توانند داده به دست آورند. بنت گفت: «در اصل، تا زمانی که دیگر نتوانید بروید، بروید.
تحقیقات قبلی در جاهای دیگر استدلال می‌کردند که آنتی‌بادی‌ها برای اشکال اشتباه روی ویروس طراحی شده‌اند و این کار نشان می‌دهد که احتمالاً درست است. هندرسون گفت: «سؤال این بود که چرا وقتی ما ایمن سازی می کنیم، آنتی بادی ها را به مکان هایی می گیریم که قرار است مسدود شوند؟» بخشی از پاسخ باید در این ساختار خاص و تغییر شکل آن نهفته باشد. هندرسون گفت: «این تأثیر متقابل بین اتصال آنتی بادی و این شکل است که واقعاً در مورد کاری که ما انجام دادیم بسیار مهم است. و این باعث شد روزی که از اولین آزمایش برگشتیم، یک ایمونوژن طراحی کنیم. ما فکر می کنیم که می دانیم این کار چگونه کار می کند.»
نویسندگان بیشتر نتیجه گرفتند، “به طور خلاصه، این نتایج نشان می دهد که حالت های میانی گذرا قابل مشاهده فقط در مقیاس میکروثانیه نقش اساسی در کنترل ترکیب HIV-1 Env ایفا می کنند. مسدود کردن این انتقال‌های اولیه احتمالاً یک ملاحظات مهم در تلاش‌های توسعه واکسن است تا اطمینان حاصل شود که آنتی‌بادی‌های بالغ در مسیر توسعه وسعت خنثی‌سازی باقی می‌مانند.»