Virus Benzeri Parçacıklar (VBP'ler), virüslere oldukça benzeyen ancak viral genetik materyal içermeyen, dolayısıyla bulaşıcı olmayan moleküllerdir. Bunlar doğal olarak oluşabilir veya viral yapısal proteinlerin bireysel ifadesi yoluyla sentezlenebilir, ardından bu proteinler virüs benzeri yapıya kendi kendine monte edebilir.
Doğada Virüs Benzeri Parçacıklar
Virüs benzeri parçacıklar doğada hemen her yerde bulunmaktadır. Orman toprağından mercan resiflerine kadar pek çok farklı habitatta yüksek çeşitlilikte virüs benzeri parçacıklar ortamdan izole edilmiştir. İzole edilen bu parçacıklar elektron mikroskobu ve biyokimyasal yöntemlerle incelenmiştir.Harvard Ormanı'nda yürütülen çığır açıcı bir araştırmada, araştırmacılar iletim elektron mikroskopisini kullanarak organik ve mineral katmanlı toprak örneklerinde var olan şaşırtıcı bir dev virüs benzeri parçacık dizisini gün yüzüne çıkardı. Özellikle büyük ikosahedral kapsit yapılarında gözlemlenen çeşitli uzantılar ve yapısal değişiklikler oldukça ilgi çekici. Bunlar arasında tüp benzeri uzantılar, farklı uzunluk ve kalınlıklarda lifler, iç kanallar, çift kapsitler, özgün tepe oluşumları ve kuyruklar bulunuyor. Elektron mikroskopisi tek başına bu nanoparçacıkları kesin bir şekilde sınıflandıramasa da, araştırma ekibi büyük ikosahedral VBP'lerin modifiye edilmiş kapsitlerle "virüs parçacıkları" olarak adlandırılabileceğini savunuyor. Bu iddia, gen transfer ajanlarının nadiren kuyruklu bakteriyofajlarla karışabileceği, ancak aynı büyük, uzantı taşıyan kapsitlere ve ikosahedral simetriye sahip viral olmayan parçacıkların henüz tespit edilmediği gerçeğine dayanıyor.Belki de daha da şaşırtıcı bir şekilde, araştırma sonuçları sadece birkaç yüz gram orman toprağının, bugüne kadar izole edilen tüm dev virüslerin bile kapsit morfolojilerinin daha çeşitli bir yelpazeye sahip olduğunu gösteriyor. Bu sonuç, mikroskopik görüntülerin sadece bu toprak örneklerindeki virus benzeri parçacıklar ve viral çeşitliliğin ihmal edilebilir bir kesitini yakaladığını düşünüldüğünde daha da anlamlı hale geliyor. Raporlar, orman topraklarında viral miktarın gram kuru ağırlık başına 108 ila 109 VBP aralığında olduğunu gösteriyor. Çoğu virüs parçacığının muhtemelen mineral ve organik toprak partiküllerine yapışma eğiliminde olduğu biliniyor, bu nedenle virionlar filtreleme işlemi sırasında uzaklaştırıldı. Bu durum, belirli virüs gruplarının kurtarılmasını, özel tamponların kullanılmasını, yoğunluk gradienti fraksiyonlamasını veya daha güçlü mekanik işlemleri gerektirebilir. Bu çalışmada vurgu, çıkarılma süreci sırasında ekstra önyargı eklemek veya VBP'leri zarar vermek pahasına viral verimi en üst düzeye çıkarmak yerine, bozulmamış VBP'lerin yüksek kaliteli görüntülerini üretmeye yönelikti. Bu nedenle ekip, Harvard Ormanı toprağında bulunan viral morfolojilere dair nicel sonuçlar çıkarmaktan kaçınıyor. Bununla birlikte, toprak virüslerinin geniş çeşitliliği göz önüne alındığında, belirli dev virüs morfolojileriyle birkaç kez karşılaşmanın bu örneklerde yaygın olduğunu kesin bir şekilde gösterdiği söylenebilir.
Virüs Benzeri Parçacıklar Nasıl oluşturulur?
Farklı virüslerden gelen yapısal kapsid proteinlerinin kombinasyonları rekombinant virus benzeri parçacıklar oluşturmak için kullanılabilir. Hem in-vivo montaj (örneğin, E. coli bakterileri içinde rekombinant çoklu protein ko-ekspresyonu yoluyla montaj) hem de in-vitro montaj (örneğin, daha önceden saflaştırılmış proteinlerin stokiyoimetrik miktarlarını kullanarak reaksiyon kabında protein kendi kendine monte edilmesi) başarıyla virüs benzeri parçacıkların oluştuğu gösterilmiştir. 1968 yılında hasta serumlarından türetilen Hepatit B virüsü (HBV) kaynaklı ve küçük HBV türevi yüzey antijeninden (HBsAg) oluşan VBP'ler tanımlanmıştır. virus benzeri parçacıklar adeno-assosiyasyon virüsü gibi birçok virüs ailesinin bileşenlerinden üretilebilir, ayrıca Retroviridae (örneğin HIV), Flaviviridae (örneğin Hepatit C virüsü), Paramyxoviridae (örneğin Nipah) ve bakteriyofajlar (örneğin Qβ, AP205) gibi virüs ailelerinin bileşenleri kullanılarak VBP'ler üretilebilir. VBP'ler, bakteri, memeli hücre hatları, böcek hücre hatları, maya ve bitki hücreleri de dahil olmak üzere çeşitli hücre kültürü sistemlerinde üretilebilir.Ayrıca, VBP'ler doğada bazı LTR retrotranspozonlarının (Ortervirales altında) ürettiği yapılar için de kullanılabilir. Bunlar, genellikle fonksiyonel bir viral zarfın eksikliği nedeniyle genellikle bulaşıcı olmayan, genetik materyal içerebilen bazen defektif, olgunlaşmamış virionlardır. Bunun yanı sıra, yaban arıları, konaklarını kontrol etmelerine yardımcı olmak için patojen genler (ancak temel viral genler değil) veya gen boşluğu olan VBP'ler üretebilirler.
Tedavi ve ilaç geliştirme
VBP'ler, genler veya diğer terapötik maddelerin taşınması için aday bir taşıma sistemidir. Bu ilaç taşıma ajanlarının laboratuvar ortamında kanser hücrelerini etkili bir şekilde hedefleyebildiği gösterilmiştir. VBP'lerin tümöral bölgelerde birikmesinin, ilaç taşıma veya tümör görüntülemesi için kullanışlı olabileceği düşünülmektedir. Bunun sebebi, VBP'lerin replike edilememesi ve attenue edilmiş virüslere güvenli bir alternatif sunmasıdır. FDA onaylı Hepatit B ve insan papillomavirüsü (HPV) aşılarının geliştirilmesinde VBP'ler kullanılmıştır.
Covid, HIV, Aşılar ve Virus Benzeri Parçacıklar
VBP'ler aşılar için oldukça faydalıdır. VBP'ler, viral yüzey proteinlerinin tekrarlayan ve yoğun bir şekilde sunulduğu yapılar içerir; bu da konformasyonel viral epitopları sunar ve güçlü T hücresi ve B hücresi bağışıklık yanıtlarını tetikleyebilir. Bu partiküllerin yaklaşık 20-200 nm olan küçük yarıçapı lenf düğümlerine yeterli drenaj sağlar. VBP'lerin replike edilememesi, attenue edilmiş virüslere daha güvenli bir alternatif sunar. Hepatit B ve insan papillomavirüsü (HPV) için geliştirilen FDA onaylı aşılar VBP'ler kullanılarak üretilmiştir.HIV'e karşı geliştirilen bazı aşılar VBP'leri içerirken, sıtma gibi hastalıklar için geliştirilen aşılar da VBP tabanlıdır. Örneğin, Mosquirix (RTS,S) adlı sıtma aşısı, Hepatit B yüzey antijeni (S) ile Plasmodium falciparum circumsporozoite proteinin (RTS) birleştirilmesiyle elde edilmiş ve AS01 adlı bir adjuvan ile güçlendirilmiştir. Covid-19'a karşı S proteini ile aşı geliştirme, kedi calcivirüsü için aşı geliştirme çalışmalarında da virüs benzeri parçacıklar yoğun olarak kullanılmıştır.
Aşı üretimi, virüs suşunun sıralandığı anda başlayabilir ve geleneksel aşılara kıyasla sadece 12 hafta kadar sürebilir. Erken klinik denemelerde, influenza için VBP aşılarının hem H5N1 Influenza A virüsü alt tipine hem de 1918 grip pandemisine karşı tam koruma sağladığı görülmüştür. COVID-19 için Novavax gibi birçok VBP tabanlı aşı da geliştirilmektedir.
Biyoesinlenme ile Malzeme Sentezi
Biyolojide küçükten büyüğe yapı taşlarının bölümler halinde bir araya gelmesi yaygın bir temadır. Doğa, bireysel yapı taşlarından kendiliğinden bir araya gelen hiyerarşik olarak bölmelenmiş çok bileşenli yapı örnekleriyle doludur. Doğadan ilham alan sentetik yaklaşımlar, polimerler, faz ayrılmış mikro damlacıklar, lipitler ve proteinler kullanarak doğal sistemlerin hiyerarşik bölmelenmesini taklit etmek ve fonksiyonel biyoinspire edilmiş nanomalzemeleri oluşturmak için kullanılmıştır. Virus benzeri parçacıklar için de bu esinlenme geçerlidir. Örneğin, protein kendi kendine monte edilerek, P22 virüs benzeri parçacık içinde P22 virüs benzeri parçacıkla Matryoshka benzeri iç içe geçmiş kafes yapısı oluşturan bir alt bölmesi olarak çok sayıda ferritin protein kafesi kapsüllenmiştir. Aynı strateji kullanılarak, glutatyon biosentezi enzimleri bakteriyofaj P22 virüs benzeri parçacıklarının içine kapsüllenmiştir.Kaynakça:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32703064/https://link.springer.com/article/10.1007/s10529-021-03211-0https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.06.30.546935v1.fullhttps://peerj.com/articles/5625/