Structure-Guided Repurposing of SARS-CoV-2 Compounds Identifies Putative Inhibitors of Mpox Viral Enzymes

वायरस की दुनिया की कल्पना एक हलचल भरे, अराजक शहर के रूप में करें जहाँ नन्हे हमलावर हमारे सेल्स (कोशिकाओं) पर कब्जा करने की कोशिश करते हैं ताकि वे अपने जैसे और अधिक बना सकें। उन्हें रोकने के लिए, वैज्ञानिक मास्टर ताला खोलने वाले (locksmiths) की तरह काम करते हैं, जो ऐसे चाबियाँ डिजाइन करने की कोशिश करते हैं जो उन विशिष्ट तालों (प्रोटीन) में पूरी तरह फिट बैठें जिनका वायरस अपने कार्यों के लिए उपयोग करते हैं। कभी-कभी, ये ताले अलग-अलग वायरस परिवारों में आश्चर्यजनक रूप रूप से समान दिखते हैं, ठीक वैसे ही जैसे किसी घर का दरवाज़े का हैंडल एक महल के हैंडल जैसा बहुत समान दिख सकता है। यह समानता वैज्ञानिकों को एक चतुर शॉर्टकट देती है: हर नए वायरस के लिए शून्य से एक नई चाबी बनाने के बजाय, वे पहले से बनाई गई चाबियों को एक वायरस के तालों में आज़मा सकते हैं ताकि देख सकें कि क्या वे दूसरे के तालों में फिट बैठती हैं। इसे "ड्रग रिपर्पजिंग" (drug repurposing) कहा जाता है। इस कहानी में, शोधकर्ता Mpox वायरस की ओर देख रहे हैं, जो एक समस्या पैदा करने वाला वायरस है जो फिर से प्रकोप (outbreaks) का कारण बन रहा है। वे इसे रोकने के नए तरीके खोजना चाहते हैं, विशेष रूप से वायरस के अंदर तीन महत्वपूर्ण मशीनों को जाम करके: एक कैंची (प्रोटीज) जो वायरल हिस्सों को काटती है, एक स्टैम्पिंग मशीन (मिथाइलट्रांसफेरेज) जो वायरल संदेशों को लेबल करती है, और एक श्रेडर (न्यूक्लिएज) जो हमारे इम्यून सिस्टम के चेतावनी संकेतों को नष्ट कर देता है।

शोधकर्ताओं ने SARS-CoV-2 (कोविड-19 के पीछे का वायरस) से लड़ने के लिए मूल रूप से डिज़ाइन की गई चाबियों के एक विशाल संग्रह को Mpox की इन मशीनों के खिलाफ टेस्ट करने का निर्णय लिया। उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने यह देखने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया कि ये चाबियाँ कितनी अच्छी तरह फिट बैठती हैं। इसे एक हाई-टेक वीडियो गेम की तरह समझें जहाँ वे यह देखने के लिए हजारों वर्चुअल चाबियाँ वर्चुअल तालों में डालते हैं कि कौन सी चाबियाँ सुचारू रूप से घूमती हैं। उन्होंने पाया कि हालांकि कुछ चाबियाँ पहली नज़र में बहुत अच्छी लग रही थीं, लेकिन वास्तव में वे तब टूट गईं या फंस गईं जब सिमुलेशन अधिक यथार्थवादी हो गया। हालाँकि, उन्होंने कुछ उत्कृष्ट चाबियाँ भी पहचानीं जो Mpox के तालों में बहुत अच्छी तरह फिट होती दिखीं, जिससे पता चलता है कि वे नई दवाओं की शुरुआत हो सकती हैं। लेकिन इसमें एक पेंच है: ये केवल कंप्यूटर भविष्यवाणियाँ हैं। इन चाबियों को अभी तक वास्तविक लैब में या जीवित कोशिकाओं पर टेस्ट नहीं किया गया है, इसलिए वे गारंटीकृत इलाज के बजाय केवल आशाजनक "क्या-हो-सकता-है" (what-ifs) हैं।

द ग्रेट की हंट: Mpox स्टॉपर्स की खोज

इस अध्ययन में, वैज्ञानिकों की एक टीम डिजिटल खजाने की खोज पर निकली। उनका लक्ष्य यह देखना था कि क्या वे उन रासायनिक चाबियों (compounds) की लाइब्रेरी को उधार ले सकते हैं जो पहले SARS-CoV-2 से लड़ने के लिए अध्ययन की गई थीं और उनका उपयोग Mpox वायरस को रोकने के लिए कर सकते हैं। उन्होंने Mpox वायरस के भीतर तीन विशिष्ट लक्ष्यों पर ध्यान केंद्रित किया, जो वायरस के जीवित रहने और फैलने के लिए आवश्यक हैं:

1. कोर प्रोटीज (The Core Protease): इसकी कल्पना वायरस की आंतरिक कैंची के रूप में करें। यह वायरल प्रोटीन की लंबी कड़ियों को छोटे, उपयोगी टुकड़ों में काटता है। यदि आप इन कैंचियों को जाम कर देते हैं, तो वायरस खुद को नहीं बना पाता।
2. VP39 मिथाइलट्रांसफेरेज (The VP39 Methyltransferase): यह एक स्टैम्पिंग मशीन की तरह है। यह वायरस के जेनेटिक संदेशों पर एक विशेष "कैप" लगाता है ताकि होस्ट सेल उन्हें अपने स्वयं के निर्देशों के रूप में पढ़े। स्टैम्प को रोक दें, और सेल वायरस को अनदेखा कर देगा।
3. पॉक्सिन न्यूक्लिएज (The Poxin Nuclease): इसे एक श्रेडर (shredder) के रूप में सोचें। यह उन चेतावनी संकेतों को नष्ट कर देता है जो हमारा इम्यून सिस्टम संक्रमण का पता चलते ही भेजता है। यदि आप श्रेडर को ब्लॉक कर देते हैं, तो इम्यून सिस्टम सतर्क रहता है और लड़ता है।

टीम ने 1,238 विभिन्न रासायनिक यौगिकों (compounds) की एक लाइब्रेरी ली—कुछ प्राकृतिक, कुछ सिंथेटिक—जिन्हें SARS-CoV-2 के लिए देखा गया था। उन्होंने इन्हें कंप्यूटर परीक्षणों की एक श्रृंखला के माध्यम से चलाया, जिसमें सबसे आशाजनक उम्मीदवारों को खोजने के लिए एक तेज़, व्यापक स्वीप (High-Throughput Screening) से लेकर, यह देखने के लिए कि वे वास्तव में कैसे फिट होते हैं, एक विस्तृत नज़र (Molecular Docking) तक शामिल था।

परिणाम: विजेता, हारने वाले और "लगभग" विजेता

कंप्यूटर सिमुलेशन ने कुछ दिलचस्प परिणाम दिखाए, लेकिन उन्होंने यह भी दिखाया कि आप केवल पहली चीज़ पर भरोसा क्यों नहीं कर सकते जो अच्छी दिखती है।

प्रोटीज (कैंची) के निष्कर्ष:
शुरुआत में, 78097010 नामक एक कंपाउंड सुपरस्टार की तरह लगा। इसका "डॉकिंग स्कोर" सबसे अच्छा था, जो कि टेस्ट में सबसे अच्छे ग्रेड पाने जैसा है। हालाँकि, जब वैज्ञानिकों ने एक अधिक यथार्थवादी सिमुलेशन चलाया जिसमें पानी और अणु के मुड़ने (MM-GBSA) को ध्यान में रखा गया था, तो यह कंपाउंड बिखर गया। यह पता चला कि हालांकि यह ताले में फिट तो बैठता था, लेकिन वहां तक पहुँचने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा खर्च करनी पड़ती थी, जैसे किसी ऐसे ताले में चाबी डालने की कोशिश करना जो बहुत टाइट हो।
इसके बजाय, दो अन्य कंपाउंड असली दावेदार बनकर उभरे:

• J08_67: इसका ऊर्जा प्रोफाइल सबसे स्थिर था। यह अच्छी तरह से फिट हुआ और अपनी जगह पर टिका रहा। सिमुलेशन में, इसने -37.03 kcal/mol की बाइंडिंग एनर्जी दिखाई, जो तुलना के लिए उपयोग किए गए रेफरेंस कंपाउंड से बेहतर है। यह शरीर द्वारा आसानी से अवशोषित भी होने योग्य लग रहा था।
• J02_11: यह ऊर्जा में थोड़ा कम स्थिर था लेकिन समय के साथ अविश्वसनीय रूप से स्थिर रहा। एक 100-नैनोसेकंड के सिमुलेशन में (जो अणु और वायरस की परस्पर क्रिया की एक फिल्म देखने जैसा है), J02_11 ने वायरस के एक विशिष्ट हिस्से (Lys126 के साथ हाइड्रोजन बॉन्ड) को 85% समय तक थामे रखा। यह एक बहुत ही विश्वसनीय साथी था।

VP39 (स्टैम्पिंग मशीन) के निष्कर्ष:
यहाँ परिणाम और भी स्पष्ट थे। JBB43_0001 नामक एक कंपाउंड का शुरुआती स्कोर सबसे अच्छा था, लेकिन फिर से, विस्तृत ऊर्जा जांच ने एक अलग कहानी बताई। असली विजेता J08_51 था।

• J08_51 ने शुरुआती जांच में -73.61 kcal/mol की विशाल बाइंडिंग एनर्जी दिखाई, और 100-नैनोसेकंड सिमुलेशन चलाने के बाद भी, यह -68.38 ± 10.25 kcal/mol की औसत ऊर्जा के साथ मजबूत बना रहा।
• इसने वायरस के Asp95 नामक हिस्से के साथ एक बहुत मजबूत, स्थायी बंधन बनाया (सिमुलेशन के दौरान 85% समय तक पकड़े रखा) और Arg114 एवं Asp152 के साथ नए संबंध बनाए।
• हालाँकि, वैज्ञानिकों ने नोट किया कि J08_51 वास्तविक दवा के लिए थोड़ा "भारी या जटिल" (clunky) हो सकता है। इसकी आंतों द्वारा अवशोषित होने की क्षमता कम है और लैब में इसे बनाना जटिल है, जिसका अर्थ है कि इसे दवा बनने के लिए कुछ बदलावों की आवश्यकता होगी।

पॉक्सिन (श्रेडर) के निष्कर्ष:
यह लक्ष्य सबसे अधिक सतर्क करने वाला था। शुरुआती स्क्रीन से शीर्ष स्कोर वाला कंपाउंड, SA40_0002, एक गलत संकेत (false alarm) साबित हुआ। इसमें एक बहुत बड़ा "सॉल्वेशन पेनल्टी" (solvation penalty) था, जिसका अर्थ है कि यह पानी में रहने से नफरत करता है, जो इसे शरीर में बेकार बना देगा।

• यहाँ सबसे अच्छा उम्मीदवार J02_14 था। इसका प्रोफाइल संतुलित था और यह दूसरों की तरह बिखरा नहीं। हालाँकि, यह वैज्ञानिकों द्वारा उपयोग किए गए रेफरेंस कंपाउंड जितना मजबूत नहीं था, और क्योंकि टीम ने इसके लिए लंबा 100-नैनोसेकंड सिमुलेशन नहीं चलाया था, इसलिए यह एक पुष्ट लीड के बजाय केवल एक "शायद" (maybe) बना हुआ है।

इसका क्या अर्थ है (और क्या नहीं है)

इस पेपर का मुख्य निष्कर्ष यह है कि क्रॉस-वायरल रिपर्पजिंग काम करता है, लेकिन आपको सावधान रहना होगा। सिर्फ इसलिए कि एक चाबी कंप्यूटर स्क्रीन पर ताले में फिट बैठती है, इसका मतलब यह नहीं है कि वह वास्तविक जीवन में ताला घुमा देगी। अध्ययन ने दिखाया कि फिट के "ऊर्जा लागत" (MM-GBSA का उपयोग करके) को देखना और अणु व्यवहार समय के साथ कैसा रहता है (Molecular Dynamics का उपयोग करके) देखना कितना महत्वपूर्ण है। इन अतिरिक्त चरणों के बिना, वैज्ञानिक गलत चाबियाँ (जैसे 78097010 और SA40_0002) चुन लेते।

लेखक अपने काम की सीमाओं के बारे में बहुत स्पष्ट हैं। उन्होंने यह सिद्ध नहीं किया है कि ये कंपाउंड वायरस को मारते हैं। उन्होंने इन्हें कोशिकाओं या जानवरों में टेस्ट नहीं किया है। उन्होंने यह नहीं दिखाया है कि वे मनुष्यों के लिए सुरक्षित हैं। उन्होंने केवल कंप्यूटर का उपयोग करके कुछ "पुटेटिव इनहिबिटर्स" (putative inhibitors)—अर्थात "संदिग्ध अवरोधक"—खोजे हैं जो परीक्षण के लिए काफी आशाजनक दिखते हैं।

पेपर सुझाव देता है कि J08_67 और J02_11 प्रोटीज के लिए सबसे अच्छे शुरुआती बिंदु हैं, और J08_51 VP39 एंजाइम के लिए सबसे अच्छा शुरुआती बिंदु है। ये कंपाउंड अब अनुसंधान के अगले चरण के लिए "शॉर्टलिस्ट" हैं, जहाँ वास्तविक वैज्ञानिक उन्हें वास्तविक वायरस के हिस्सों के साथ मिलाकर देखेंगे कि क्या वे वास्तव में वायरस को काम करने से रोक पाते हैं। तब तक, वे Mpox के खिलाफ चल रही लड़ाई में कंप्यूटर द्वारा उत्पन्न कुछ दिलचस्प सुराग बने हुए हैं।