زیست فناوری

چکیده همه‌گیری کووید-19 یک بحران بهداشتی جهانی ایجاد کرده است و توسعه درمان‌های موثر برای جلوگیری از شیوع این بیماری و نجات جان میلیون‌ها نفر ضروری است. یکی از پروتئین‌های کلیدی درگیر در چرخه تکثیر SARS-CoV-2، ویروسی که باعث کووید-19 می‌شود، آنزیم پروتئاز اصلی، 3CL^pro است. این آنزیم به دلیل اهمیت بالایی که دارد، موضوع تحقیقات مولکولی، ساختاری و بالینی است و تلاش‌هایی برای تولید داروهایی که می‌توانند فعالیت آن را مهار کنند، صورت گرفته است. یکی از این داروها ترکیب شیمیایی N3 است که اثر مهاری بالایی در برابر 3CL^pro دارد. هرچند، از دیدگاه طب سنتی، کمتر به این موضوع پرداخته شده است. در این پژوهش، مطالعات شبیه‌سازی میان‌کنش مولکولی داکینگ و شبیه‌سازی دینامیک مولکولی تمام اتم (MD)، برای بررسی قابلیت 21 ترکیب بالقوه گیاهی بر مهار آنزیم 3CL^pro صورت گرفت. سه ترکیب با بالاترین احتمال مهارکنندگی از نتایج داکینگ مولکولی انتخاب شدند و تحت ns100 شبیه‌سازی MD قرار گرفتند تا پایداری و ویژگی‌های ساختاری-دینامیکی-انرژی آن‌ها بررسی شود. علاوه بر پایداری کمپلکس‌ها، نتایج حاصل از شبیه‌سازی نشان داد که هر سه ترکیب انتخابی ما ویژگی‌های ساختاری-دینامیکی قابل مقایسه‌ با N3 را به 3CL^pro القا می‌کنند و بنابراین، انتظار می‌رود که توانایی مهارکنندگی مشابهی در برابر این آنزیم داشته باشند. ترکیب شماره 5 دارای مطلوب‌ترین انرژی اتصال بود و به عنوان بهترین جایگزین گیاهی برای N3 پیشنهاد شد. نتایج پژوهش ما می‌تواند به‌طور مستقیم برای طراحی مطالعات تجربی با هدف مهار آنزیم 3CL^pro مورد استفاده قرار گیرد و در نتیجه، هزینه زمانی-مالی چنین مطالعاتی را کاهش دهد.

چکیده امروزه از پپتیدها و پروتئین­های دارای خواص ضدسرطانی، ضد آلرژی و ضدالتهابی برای درمان استفاده می­کنند. برازئین پروتئینی شیرین با 54 باقی­مانده آمینواسیدی است که طبق گزارش‌ها دارای ویژگی­ ضد سرطانی مبتنی بر توالی و ساختار دارد. در این پژوهش نقش آسپارتات موقعیت 40 در ساختار و عملکرد پروتئین برازئین وحشی و جهش‌یافته‌ها و نیز ویژگی ضدسرطانی پپتیدهای حاصل شده بر روی گیرنده TLR5 بررسی شد. ازاین‌رو، چندین مدل از فرم­های جهش­یافته با استفاده از نرم‌افزار Modeller.v.9.20 طراحی و ساخته شد. سپس صحت مدل­ها و ویژگی­های فیزیکی-شیمیایی نوع وحشی و جهش­یافته­های D40N ، D40R و D40Deletion با استفاده از سرور­ها و نرم‌افزارهای بیوانفورماتیکی مختلفی از جمله ProtParam ، ProtScale،SAVES ،PIC ، ModEval، و PredyFlexy مورد ارزیابی قرار گرفت. توالی پروتئین‌ها جهت پیش­بینی خاصیت ضدسرطانی با استفاده از سرورهای ACPred و iACP مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. کیفیت و تحلیل اتصالات پروتئین وحشی‌ و جهش‌یافته­ها به‌عنوان لیگاند با گیرنده TLR5 ایجادکننده مسیر سیگنالینگ ضدسرطانی، به کمک داکینگ مولکولی و با استفاده از نرم­افزار HADDOCK بررسی شد. نتایج بررسی فراسنجه­های بیوانفورماتیکی نشان­دهنده احتمال بهبود پایداری ساختار و عملکرد پروتئین برازئین و احتمال افزایش سطح در دسترس جهت اتصال با گیرنده می­باشند. همچنین بنا بر نتایج حاصل از بررسی داکینگ مولکولی، احتمال اتصال پروتئین برازئین جهش­یافته D40R به گیرنده TLR5 نسبت به دیگر پروتئین­ها بیشتر است و این نشان­دهنده احتمال افزایش خاصیت ضدسرطانی این جهش­یافته می­باشد؛ بنابراین پژوهش، قابلیت ارتقای کارکرد زیستی و دارویی برازئین با ایجاد جهش­های گوناگون در موقعیت آسپارتات 40 وجود دارد.

چکیده ویتامین‌های D و E از معمول‌ترین داروهای درمان طولانی‌مدت دیابت هستند. یکی از مسائل مهم در این حوزه رهایش انسولین است. افزایش پایداری حالت‌های غیرفعال انسولین (فرم هگزامر) در بهبود کارایی رهایش انسولین یک راهکار درحال‌توسعه است. پروتئین انسولین به طور معمول در سه فرم مونومر، دایمر و هگزامر مشاهده می‌شود. در این تحقیق برای اولین‌بار، بررسی اثر ویتامین‌های D₃ و E بر پایداری فرم ذخیره‌ای انسولین، از طریق روش‌های محاسباتی صورت گرفت. نتایج حاصل از داکینگ مولکولی نشان‌دهنده وجود 6 جایگاه اتصالی برای این ویتامین‌ها است. ویتامین‌های مذکور به‌واسطه حلقه‌های ساختاری و خواص هیدروفوب به منطقه هیدروفوب در مرز بین دو زیر واحد انسولین متصل می‌شوند. نتایج حاصل از مطالعات G-mmpbsa نشان‌دهنده نقش پایدارکننده این ویتامین‌ها در فرم هگزامر انسولین است. اتصال آنها به هگزامر موجب افزایش معنادار انرژی اتصالی بین زیر واحدهای انسولین شده است. حضور ویتامین‌های مذکور موجب افزایش تعداد پیوندهای هیدروژنی بین زیرواحدهای مونومری هر همودایمر انسولین شده و نیز تعداد پیوندهای هیدروژنی درونی پروتئین هگزامر انسولین را به طور معناداری افزایش می‌دهد. اتصال این ویتامین‌ها به فرم هگزامر انسولین موجب پایدارسازی، رهایش آهسته‌تر و متعادل‌تر انسولین و همچنین افزایش نیمه‌عمر فرم دایمر در جریان خون می‌شود. این یافته‌ها به‌منظور طراحی راهکار جدید برای تنظیم رهایش انسولین در بدن و همچنین افزایش نیمه‌عمر انسولین در خون جهت درمان بیماری دیابت نوع II راهگشا خواهد بود. علاوه بر این پایدارسازی فرم هگزامر می‌تواند به‌عنوان یک راهکار مؤثر برای درمان دیابت نوع I از طریق رهایش آهسته از سامانه‌های زیست حسگری ایمپلنت‌شده نیز مورداستفاده قرار بگیرد.

چکیده در این تحقیق، ابتدا ساختار سه داروی رایج ضد سرطان شامل 6-تیو‌گوانین (6-TG)، هیدروکسی اوره (NH) و بوسولفان با استفاده از محاسبات کوانتومی بهینه و انرژی ساختار بهینه شده به دست آمد، همچنین بهینه سازی ساختار نانوذره طلا نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت به منظور بررسی چگونگی برهم‌کنش داروها با نانوذره، مکان های مختلف برهم کنش دارو با نانو ذره محاسبه شد و پایدارترین ساختار به منظور مطالعه بیشتر انتخاب شد. این محاسبات با استفاده از FHI-aims، که یک بسته نرم افزاری بر پایه نظریه تابعی چگالی توسعه یافته است، انجام شده‌اند. طول پیوند و بهترین انرژی برهم‌کنش در این پژوهش گزارش شده است. به منظور بررسی بهتر مکان برهم‌کنش ، نوع اوربیتا‌‌ل‌های درگیر و شکل آنها نیز نشان داده شده است. بررسی انرژی گاف نشان داد کمترین انرژی مربوط به کمپلکس نانو‌ذره طلا با داروی 6-تیوگوانین است که تایید کننده پایداری شیمیایی این دارو با نانو‌ذره است. بررسی‌ها نشان داد که انرژی اتصال نانو‌ذره طلا با داروها به ترتیب بوسولفان، هیدروکسی اوره ، 6-تیوگوانین است. سپس دارو و نانو‌ذره طلا در پایدارترین حالت ممکن ، به‌صورت تک‌تک با نرم افزار Hex 8 به سرم آلبومین انسانی به عنوان گیرنده، داک شدند و در نهایت انرژی‌های اتصالی و سایر برهم کنش ها از جمله انرژی‌های الکترواستاتیک، واندروالسی و پیوندهای هیدروژنی بین سرم آلبومین انسانی و داروها به همراه نانو‌ذره طلا محاسبه شدند. مشخص شد که جایگاه فعال داک شده برای دو دارو بوسولفان و 6-تیوگوانین یکسان است و برای داروی هیدروکسی اوره متفاوت است.

چکیده مهارکننده‌های اینتگرین از طریق تغییر ویژگی‌های ساختاری و حرکتی اینتگرین نقش مهارکنندگی خود را اعمال می‌کنند. اما مکانیسم دینامیک مولکولی آن به‌طور مشخص کامل نیست. تومستاتین یک پروتئین ضدرگزایی مشتق شده از کلاژن است، اما اطلاعات کمی در مورد مکانیسم ضدرگزایی و ضد توموری آن در دست است. پپتید 19 آمینواسیدی مشتق شده از تومستاتین دارای ویژگی‌های ضد رگ زایی و ضد توموری مشابه پروتئین اصلی است. در این مطالعه با استفاده از داکینگ مولکولی و شبیه سازی دینامیک مولکولی به مطالعه مکانیسم مولکولی مهارکنندگی پپتید مذکور پرداخته شد. مطالعات نشان می‌دهد، جایگاه اتصال پپتید در مرز بین دمین های EGF-4 و Hybrid است. پپتید از طریق اندرکنش های هیدروفوب در مرز بین دمین های EGF-4/Hybrid اثر مهارکنندگی خود را اعمال می‌کند. همچنین نتایج مربوط به سطح در دسترس حاکی از اثر مهارکنندگی پپتید در باز شدن دمین های اینتگرین از یکدیگر و فعال شدن آن دارد. درواقع پپتید از طریق پایدارکنندگی حالت بسته اینتگرین نقش مهارکنندگی خود را اعمال می‌کند. این یافته‌ها می‌تواند در طراحی مهارکننده‌های نوین برای اینتگرین راهگشا باشد.

چکیده یکی از منابع ارزشمند دارویی، موجودات زنده دریایی می‌باشند. در دهه‌های اخیر، ارزش تجاری این موجودات و کاربرد ترکیبات استخراج شده از آنها درتحقیقات بیولوژیکی و توسعه دارویی آنها را به عنوان یک منبع جدید و مهم برای داروهای ضدسرطانی مبدل ساخته‌است. میکروتوبول‌ها یکی از مهم‌ترین اهداف دارویی در سلول‌های سرطانی هستند و به‌طور گسترده‌ای مهارکننده‌های مربوط به آنها در حال توسعه می‌باشند. دراین مطالعه ساختار سه بعدی بیش از سه هزار ترکیب مرتبط با منابع دریایی بهینه شدند، سپس میانکنش آنها با ساختار کریستالوگرافی αβ-توبولین برای جایگاه‌های اتصال کلشی‌سین و اپوتیلون با استفاده از روش‌ غربال‌‌گری مجازی مبتنی بر ساختار (داکینگ) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از مطالعات داکینگ نشان داد که بعضی از ترکیبات با انرژی تمایل اتصال بیشتری نسبت به مهارکننده‌های کلشی‌سین و اپوتیلون به ساختار پروتئین اتصال می‌شوند. ترکیبات MNP05655 و MNP14107 به ترتیب برای جایگاه‌های کلشی‌سین و اپوتیلون به عنوان قوی‌ترین مهارکننده‌ها شناخته شدند و می‌توانند کاندیدای مناسبی برای مهار توبولین باشند.