Türk bilim insanından koronavirüs çalışmalarına katkı sağlayacak proje

İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Makina Fakültesi Dekan Yardımcısı ve Makina Mühendisliği Bölümü Dr. Öğretim Üyesi Mert Gür, koronavirüsle mücadele kapsamında ABD Beyaz Saray Bilim ve Teknoloji Politikası Ofisi, ABD Enerji Bakanlığı ve IBM ortaklığı ile açılan proje çağrısına, UC Berkeley Üniversitesi aracılığıyla 'Moleküler Dinamik Simülasyonları Kullanarak SARS-CoV-2 Spike Glikoproteininin Hücreye Bağlanma ve Füzyon Mekanizmasının Araştırılması' başlıklı projesiyle katıldı.

Çalışmaya ABD'den destek

İTÜ Ulusal Yüksek Başarımlı Hesap Merkezinin (UHeM) öz kaynaklarını kullanarak projenin yürütücülüğünü üstlenen Gür, bu çalışmayla koronavirüsün insan hücrelerine bağlanmasını sağlayan proteininin henüz tüm detaylarıyla bilinmeyen aktifleşme mekanizmasını moleküler dinamik simülasyonları ile modelledi. Gür'ün uluslararası modelleme projesine, başvurusundan 2 gün sonra ABD'den destek geldi.

İlaç araştırmalarına katkı sağlamayı hedefliyor

2016'da Türkiye Bilimler Akademisince (TÜBA) Üstün Başarılı Genç Bilim İnsanı Ödülü'ne layık görülen Gür, bu projeyle koronavirüsle mücadele kapsamında uluslararası düzeyde yapılan ilaç araştırmalarına katkı sağlamayı hedefliyor.

Koronavirüsün üzerindeki 'spike proteinin' işlev mekanizması aydınlatılıyor

İTÜ Makina Mühendisliği Dr. Öğretim Üyesi Mert Gür, yaptığı açıklamada, dünyada koronavirüs vakaları ve ölümlerinin katlanarak arttığını, dünyanın her yerinde araştırma çalışmaları gerçekleştirilmesine rağmen koronavirüse karşı etkili bir ilacın henüz geliştirilmediğini, acil olarak yeni ve özgün etki mekanizmalarına sahip ilaçların geliştirilmesine ihtiyaç olduğunu belirtti.

Koronavirüsün temel olarak etrafı zarla çevrili bir kesecik olarak düşünülebileceğini ve bu keseciğin üstünde 'spike proteini' denilen bir protein bulunduğunu aktaran Gür, insan hücrelerinin zarının yüzeyinde ise 'ACE2' denilen bir reseptör proteininin bulunduğunu, anahtarın kilide uyması ve bu sayede kapının açılması gibi, koronavirüsün spike proteininin de insan hücrelerinin ACE2 proteinine bağlandığını ve virüsün hücreye girişini sağladığını anlattı.

Virüs insan vücuduna nasıl girer?

"İlk olarak, spike proteinin ACE2'ye bağlanması ile virüs insan hücresine tutunmuş oluyor. Tutunduktan sonra ise spike proteini mekanik hareketler gerçekleştirerek virüsün ve insan hücresinin zarlarını birleştirir. Zarlar birleşince, keseciğin içinin bir yere boşaltılması gibi, virüsün içinde olan genetik materyali insan hücresine boşaltılmaktadır. Böylece insan hücreleri enfekte olmakta ve hastalığa sebep olmaktadır. Spike proteinin bu karmaşık işlev mekanizması henüz tüm detayları ile bilinmemektedir. Bu ise yeni ve özgün etki mekanizmalarına sahip ilaçların geliştirilmesine engel olmaktadır.

'Spike proteinin işlevleri aydınlatılırsa yeni ilçlar mümkün olacak'

Spike proteinin işlev mekanizmasın tümüyle aydınlatılması durumunda protein işlevini durdurup hastalığa engel olabilecek özgün ve yeni ilaç tasarımları mümkün olacak. Bu ihtiyaç üzerine proje ekibimiz, dünyanın en ileri simülasyon ve modelleme tekniklerini kullanarak spike protein çalışma mekanizmasını tüm detayları ile aydınlatma amacıyla araştırma çalışmalarına başlamıştır."

Kovid-19'un insan hücresine enfekte olması engellenecek

Dr. Öğretim Üyesi Mert Gür, proje kapsamında gerçekleştirilecek simülasyonları, konunun yüksek aciliyeti ve önemi sebebiyle 3 ay içerisinde tamamlamayı hedeflediklerini dile getirerek, şunları kaydetti:

"Çalışmamızla koronavirüsün insan hücrelerine bağlanmasını sağlayan proteininin henüz tüm detaylarıyla bilinmeyen aktifleşme mekanizmasını dünyada ilk defa moleküler dinamik simülasyonlarıyla modelleyip aydınlattık. Elde ettiğimiz sonuçlarımızın en hızlı şekilde koronavirüs ilaç ve aşı çalışmalarına katkıda bulunabilmesi için uluslararası bir bilimsel dergide yayınlanmak üzere hazırladığımız makalenin yazım aşamasını tamamlamak üzereyiz."

Gür, projeyle koronavirüsün insan hücresini enfekte etme mekanizmasını herhangi bir aşamada engelleyebilecek yöntemlerin ve ilaç etki mekanizmalarının ortaya çıkartılmasını amaçladıklarını ifade etti.

Koronavirüs için mevcut birçok çalışmanın spike proteini ile ACE2 reseptörü arasındaki anahtar-kilit etkileşimini doğrudan engellemeye odaklandığına işaret eden Gür, "Fakat henüz kanıtlanmış bir başarı elde edilememiştir. Yakın zamanda bu anahtar-kilit uyumunu doğrudan engelleyebilecek etkin bir ilacın geliştirilememesi ihtimali de bulunmaktadır. Bu yüzden virüsün insan hücresine bağlanmasını sağlayan spike proteininin çalışma mekanizmasını durdurabilecek alternatif yöntemlerin ve ilaç etki mekanizmalarının belirlenmesine acil ihtiyaç vardır." değerlendirmesini yaptı.

"Moleküler dinamik simülasyonlarını 'süper bilgisayarlarda' gerçekleştiriyoruz"

Protein çalışma mekanizmasını durdurabilecek bir ilacın geliştirilmesi için öncelikle söz konusu mekanizmanın nasıl çalıştığı ve nasıl durdurulabileceğinin belirlenmesi gerektiğini aktaran Gür, şunları kaydetti:

"Proteini bir bisiklet gibi düşünecek olursanız; bisikleti durdurmak için tekerleğe çomak sokmak çok etkili bir yöntemdir. Fakat bisikletin nasıl çalıştığını, başka bir deyişle tekerleğin dönmesi ile bisikletin hareket ettiğini bilmezseniz tekerleğe çomak sokmak aklınıza gelmezdi. İlacı da tekerleğe sokulan bir çomak gibi düşünürseniz, öncelikle proteininin çalışma mekanizmasının tüm detaylarıyla çözülmesi gerekmektedir. Bunu yapmak için ekibimiz, moleküler dinamik simülasyonları denilen, biyolojik sistemleri insan vücudunda bulundukları ortamlarda gerçek zamanlı olarak tüm detayları ile modelleyebilen ileri düzey bir teknik kullanmaktadır. Söz konusu moleküler dinamik simülasyonlarını, dünyanın en ileri teknolojiye ve yüksek kapasiteye sahip ABD'deki Comet ve Stampede süper bilgisayarlarında gerçekleştirmekteyiz. Bu çerçevede, spike proteininin reseptöre bağlanması, yapısal değişime uğraması ve hücre zarı ile etkileşmesi fizyolojik şartlar altında gerçek zamanlı olarak moleküler dinamik simülasyonlarıyla modellenecektir ve böylelikle spike proteinin çalışma mekanizmasının tüm detayları keşfedilecektir."

"Koronavirüsle mücadeleye önemli katkı sağlayacağız"

Mert Gür, 21. yüzyılda karşılaşılan salgın hastalıkların sayısının arttığına ve bilim dünyasının ileriki yıllarda bu artışın devamını ön gördüğüne dikkati çekerek, "Çalışmamız, geleneksel kabul görmüş ilaç hedeflerine alternatif ilaç hedeflerinin hızlı ve etkin şekilde keşfi yönünde etkili bir adım olacaktır. Bu çerçevede, projemiz koronavirüse karşı geliştirilecek ilaçlar için ortaya özgün ilaç hedefleri ve etki mekanizmaları sunacaktır. Böylelikle, dünyanın koronavirüsle mücadelesine son derece önemli bir katkı sağlanacaktır." ifadelerini kullandı.

Projenin desteklenmeye karar verilmesinin 2 gün gibi olağandışı kısa bir sürede tamamlanmasının ABD'nin alternatif ilaç bağlanma bölgelerinin koronavirüsle mücadeledeki yerini önemsediğini gösterdiğini vurgulayan Gür, "Hızlı destek kararında, projemizin özgün bir yöntem önermesi ve halihazırda İTÜ UHeM öz kaynakları ile gerçekleştirilmiş ön çalışmalar ile sağlam bir temele dayandırılmış olmasının son derece etkili olduğunu düşünüyoruz. Ayrıca, bu desteğin Türk bilim insanlarına duydukları güvenin de göstergesi olduğunu düşünüyoruz." şeklinde konuştu.