Μια φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Ρίβερσαϊντ, και η πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής της έχουν διαμορφώσει με επιτυχία το σχηματισμό του SARS-CoV-2, του ιού που μεταδίδει το COVID-19, για πρώτη φορά. Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε στο Viruses, ένα περιοδικό, η Roya Zandi, καθηγήτρια φυσικής και αστρονομίας στο UCR, και η Siyu Li, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Songshan Lake Materials Laboratory στην Κίνα, προσφέρουν μια συνολική κατανόηση της συναρμολόγησης και του σχηματισμού του SARS-CoV. -2 από τα συστατικά του.
«Η κατανόηση της συναρμολόγησης του ιού ήταν πάντα ένα βασικό βήμα που οδηγεί σε θεραπευτικές στρατηγικές», είπε ο Zandi. «Πολλά πειράματα και προσομοιώσεις ιών όπως ο HIV και ο ιός της ηπατίτιδας Β είχαν αξιοσημείωτο αντίκτυπο στην αποσαφήνιση της συναρμολόγησής τους και στην παροχή μέσων για την καταπολέμησή τους. Ακόμη και τα πιο απλά ερωτήματα σχετικά με το σχηματισμό του SARS-CoV-2 παραμένουν αναπάντητα».
Η Zandi εξήγησε ότι ένα κρίσιμο βήμα στον κύκλο ζωής οποιουδήποτε ιού είναι η συσκευασία του γονιδιώματός του σε νέα ιοσωμάτια ή σωματίδια ιού. Αυτό είναι ένα ιδιαίτερα δύσκολο έργο για τους κοροναϊούς, όπως ο SARS-CoV-2, με τα πολύ μεγάλα γονιδιώματα RNA τους. Πράγματι, οι κοροναϊοί έχουν το μεγαλύτερο γονιδίωμα που είναι γνωστό για έναν ιό που χρησιμοποιεί το RNA ως γενετικό του υλικό.
Το SARS-CoV-2 έχει τέσσερις δομικές πρωτεΐνες: Φάκελος (Ε), Μεμβράνη (Μ), Νουκλεοκαψίδιο (Ν) και Ακίδα (S). Οι δομικές πρωτεΐνες Μ, Ε και Ν είναι απαραίτητες για τη συναρμολόγηση και το σχηματισμό του περιβλήματος του ιού – το πιο εξωτερικό στρώμα του ιού που προστατεύει τον ιό και βοηθά στη διευκόλυνση της εισόδου στα κύτταρα ξενιστές. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει στη μεμβράνη του Ενδιάμεσου Διαμερίσματος του Ενδοπλασματικού Δικτύου Golgi, ή ERGIC, ενός πολύπλοκου συστήματος μεμβράνης που παρέχει στον κορωνοϊό το λιπιδικό του περίβλημα. Η συναρμολόγηση των κοροναϊών είναι μοναδική σε σύγκριση με πολλούς άλλους ιούς, καθώς αυτή η διαδικασία συμβαίνει στη μεμβράνη ERGIC.
Οι περισσότερες υπολογιστικές μελέτες μέχρι σήμερα χρησιμοποιούν χονδρόκοκκα μοντέλα όπου χρησιμοποιούνται μόνο λεπτομέρειες σχετικές σε μεγάλες κλίμακες για τη μίμηση ιικών στοιχείων. Με τα χρόνια, τα χονδρόκοκκα μοντέλα έχουν εξηγήσει αρκετές διαδικασίες συναρμολόγησης ιών που οδηγούν σε σημαντικές ανακαλύψεις.
«Σε αυτό το έγγραφο, χρησιμοποιώντας χονδρόκοκκα μοντέλα, μπορέσαμε να μοντελοποιήσουμε με επιτυχία τον σχηματισμό του SARS-CoV-2: οι πρωτεΐνες N συμπυκνώνουν το RNA για να σχηματίσουν το συμπαγές σύμπλεγμα ριβονουκλεοπρωτεϊνών, ένα σύνολο μορίων που περιέχει τόσο πρωτεΐνη όσο και RNA. », είπε ο Ζάντι. «Αυτό το σύμπλεγμα αλληλεπιδρά με τις πρωτεΐνες Μ που είναι ενσωματωμένες στη λιπιδική μεμβράνη».
Πρόσθεσε ότι η «εκβλάστηση», η οποία είναι όταν ένα τμήμα της μεμβράνης αρχίζει να καμπυλώνεται, ολοκληρώνει το σχηματισμό του ιού. Το μοντέλο που ανέπτυξαν οι Zandi και Li τους επέτρεψε να εξερευνήσουν μηχανισμούς ολιγομερισμού πρωτεϊνών, συμπύκνωση RNA από δομικές πρωτεΐνες και αλληλεπιδράσεις κυτταρικής μεμβράνης-πρωτεΐνης. Τους επέτρεψε επίσης να προβλέψουν τους παράγοντες που ελέγχουν τη συναρμολόγηση του ιού.
«Η δουλειά μας αποκαλύπτει βασικά συστατικά και συστατικά που συμβάλλουν στη συσκευασία του μακριού γονιδιώματος του SARS-CoV-2», είπε ο Λι. «Οι πειραματικές μελέτες σχετικά με τον ειδικό ρόλο καθεμιάς από τις πολλές δομικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται στο σχηματισμό ιικών σωματιδίων είναι στα ύψη, αλλά πολλές λεπτομέρειες παραμένουν ασαφείς».
Σύμφωνα με τον Zandi, η διορατικότητα που παρουσιάζεται στην ερευνητική εργασία και η σύγκριση των ευρημάτων με αυτά που παρατηρήθηκαν πειραματικά θα μπορούσαν να παρέχουν ορισμένες από αυτές τις λεπτομέρειες και να ενημερώσουν τον σχεδιασμό αποτελεσματικών αντιιικών φαρμάκων για τη σύλληψη των κοροναϊών στο στάδιο της συναρμολόγησης.
«Οι φυσικές πτυχές της συναρμολόγησης του κορωνοϊού που διερευνώνται στο μοντέλο μας ενδιαφέρουν όχι μόνο τους φυσικούς επιστήμονες που αρχίζουν να εφαρμόζουν μεθόδους βασισμένες στη φυσική στη μελέτη των ιών με περίβλημα, αλλά και για τους ιολόγους που προσπαθούν να εντοπίσουν τις βασικές αλληλεπιδράσεις πρωτεϊνών στη συναρμολόγηση και την εκκόλαψη του ιού. ” είπε. «Έχουμε τώρα μια καλύτερη κατανόηση του ποιες αλληλεπιδράσεις είναι σημαντικές για τη συσκευασία του γονιδιώματος και το σχηματισμό του ιού. Αυτή είναι η πρώτη φορά που καταφέραμε να βελτιστοποιήσουμε την αλληλεπίδραση μεταξύ του γονιδιώματος και των πρωτεϊνών και να επιτύχουμε τη συμπύκνωση και τη συναρμολόγηση του γονιδιώματος ταυτόχρονα».
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και τα Ερευνητικά Προγράμματα και Πρωτοβουλίες Multicampus του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια.
