بررسی تكامل ویروس HIV به كمك ابزارهای بیوانفورماتیك، جلسه اول

آشنایی با پروژه تحقیقاتی در راستای مبارزه با بیماری ایدز انجام شده در سال 1999 با استفاده از ابزارهای بیوانفورماتیک

مقدمه

ایدز (Acquried Immune Deficiency Syndrom (AIDS) ) وآنفولانزا  (Influenza ) بیماری‌هایی هستند كه  جامعه جهانی را درگیر خود كرده‌اند. هر دوی این بیماری‌ها ویروسی (Virus) بوده و  از  نظر شدت بیماری و امكان ایجاد همه‌گیری در جامعه انسانی بسیار خطرناكند. یك ویروس از ماده ژنتیك و پوشش پروتئینی ویژه به نام كپسید (Capsid ) تشكیل شده است. قدرت ویروس در این است كه تمام اطلاعات لازم برای ساختن اجزایش را به صورتی مرموز و مخفیانه وارد خط تولید سلول میزبان نموده و با توجه به این‌كه چه سلولی را به عنوان میزبان خود انتخاب كرده و چقدر مخ

فیانه عمل كرده است، شدت بیماری متفاوت خواهد بود.  ویروس‌های آنفولانزا و HIV  دائما تغییر می‌كنند و به همین دلیل هنوز واكسن كارآمدی بر علیه آنها  تولید نشده است. بدن فردی كه به یك نوع از ویروس HIV ‌آلوده شده باشد، علاوه بر ساخت ویروس‌ به‌عنوان مكانی برای تغییر و تكامل (Evolution) ویروس‌های جدید عمل ‌كرده تا آنجا كه در مدت زمان آلودگی چندین نوع ویروس تولید می‌شود. بررسی چگونگی تكامل ویروس HIV در بدن یك فرد آلوده، ‌ایده جالبی بود كه از سال 1988 تا 1999 توسط ریچارد مارخام (Richord B.Markham ) ‌و همكارانش انجام شد.

تاریخچه پروژه دکتر مارخام

این پروژه یك مسئله واقعی است كه شواهد و اطلاعات آن از یكی از برنامه‌های تحقیقاتی اجرا شده برای كنترل بیماری ایدز بدست آمده است. این برنامه از سال 1988 آغاز و هدف آن بررسی اثر نوعی دارو برای كنترل این بیماری بوده است. پروژه تحقیقاتی مذكور با 3000 موردی كه داروی آزمایشی را دریافت كرده بودند، در بالتیمور كانادا آغاز شد. 24 درصد این افراد در زمان گرفتن دارو آلوده به ویروس HIV بودند. نمونه خون شركت‌كنندگان هر شش ماه یكبار مورد آزمایش شمارش سلولی قرار می‌گرفت. داده‌های این پروژه از 15 نفر به مدت 4 سال تهیه شد. سؤال مجریان این پروژه این بود كه آیا ویروس HIV در طول مدّتی كه فرد را آلوده كرده است، تغییر می‌كند؟ كه با اطلاعات بدست آمده از نحوه تغییر و تكامل ویروس در فرد، بتوان در مورد سرعت تغییر ویروس در جامعه و سرعت شیوع همه‌گیری (Epidemy ) پیش‌بینی‌هایی انجام داد. از آنجا كه ویروس‌ها تنها در سلول‌های زنده عملكرد دارند و به عبارتی زنده هستند، از بدن افراد به عنوان مكانی كه ویروس دچار تغییر و تحول می‌شود استفاده شد. امروزه برای مطالعات مشابه راه حل‌های ساده تری وجود دارد . به عنوان نمونه محققین می‌توانند سلول‌های میزبان ویروس HIV را كشت دهند و آنها را آلوده به ویروس نمایند و هر وقت كه بخواهند ماده ژنتیك ویروس را استخراج و توالی یابی كنند. اما به هر حال آزمایشی كه مارخام و همكارانش در سال 1988 طراحی و اجرا نمودند، از آن جهت كه در شرایط كاملاً واقعی انجام شده است، اعتبار زیادی دارد. وی و همكارانش در مدت 4 سال، 666 توالی (Sequence) در بانك ژن (Gene Bank ) ثبت كرده‌اند.

توالی كه آنها از نمونه خون آلوده به ویروس جدا می‌كردند مربوط به بخشی از ژن كد‌ كننده‌ (Coding gene ) یكی از پروتئین ‌های پوششی ویروس به نام ژن env است. محصول این ژن، پروتئینی است كه به گیرنده‌ های CD4 سلول‌ های لنفوسیت (Lymphosyte) كمك ‌رسان (T-lymphocytes ) متصل شده كه این اتصال برای ورود ویروس به سلول‌ ها لازم است‌. مارخام و همكارانش در هر نوبت كه از بیماران خون می ‌گرفتند (‌به مدت 4 سال هر 6 ماه یكبار)  تعداد سلول ‌های CD4+ T را شمارش كرده و ژن مورد نظر را استخراج و توالی یابی می‌ نمودند. هر یك از شركت كنندگان در این برنامه  بین 3 تا 9 بار مراجعه داشته و در هر مراجعه 2 تا 18 نمونه ژن (‌ستون clone در جدول) از آنها بدست آمده است. در جدول زیر  بخشی از اطلاعات بدست آمده به صورت خلاصه نشان داده شده است. اطلاعات كامل را می‌توانید در پوشه مربوط به این پروژه پیدا كنید. لازم به ذكر است، برای تمام شركت‌كنندگان برنامه، مراجعه و نمونه‌ گیری به طور مرتب انجام نشده است، به عنوان نمونه برای فرد اول موارد نمونه ‌برداری مراجعات 1، 2 و 5 بوده است. یعنی بین نمونه‌برداری دوم و سوم این بیمار دو سال و نیم فاصله است، به‌همین ‌دلیل در نتایج تعداد سلول، بین این دو مراجعه تفاوت معنی ‌داری مشاهده می‌ شود.

این جدول كه كامل آن را در فایلهای تمکیلی این جلسه خواهید دید، به ترتیب از سمت چپ، ستون اول شماره فرد، دوم تعداد دفعات ویزیتی است كه نمونه ژنومی هم تهیه شده است، سوم تعداد كل نمونه های ژنومی بدست آمده از آن فرد در مدت 4 سال،‌ ستون چهارم شماره ویزیت‌هایی است كه از فرد، نمونه ژنومی گرفته شده است، ستون پنجم تعداد انواع توالی‌های منحصر به فردی است كه از یك فرد به‌خصوص در هر بار ویزیت بدست آمده است؟ لازم به‌ذكر است به‌خاطر تغییر مداوم ژنوم ویروس HIV، در زمان نمونه‌گیری، سلول‌های فرد آلوده محتوی ویروس‌های مختلفی است، تا جایی‌ كه بعد از چند سال از شروع بیماری، ویروس‌های زنده در بدن فرد با ویروس‌هایی كه او را آلوده كرده‌اند متفاوت خواهند بود. ستون آخر مربوط به تعداد سلول ‌های CD4+  هر فرد در زمان مراجعه است.

مطالب مرتبط:

بررسی تكامل ویروس HIV به كمك ابزارهای بیوانفورماتیك، جلسه اول

بررسی تكامل ویروس HIV به كمك ابزارهای بیوانفورماتیك، جلسه دوم

بررسی تكامل ویروس HIV به كمك ابزارهای بیوانفورماتیك، جلسه سوم

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: زینب باقری

تنظیم: زینب شاه مرادی