Neutron memetakan peta atom mekanisme replikasi virus COVID-19

Neutron memetakan peta atom mekanisme replikasi virus COVID-19


Newswise – Untuk lebih memahami bagaimana perilaku virus korona baru dan bagaimana itu dapat dihentikan, para ilmuwan telah menyelesaikan peta tiga dimensi yang mengungkapkan lokasi setiap atom dalam molekul enzim yang penting untuk reproduksi SARS-CoV-2.

Para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge Departemen Energi menggunakan hamburan neutron untuk mengidentifikasi informasi kunci guna meningkatkan efektivitas penghambat obat yang dirancang untuk memblokir mekanisme replikasi virus. Penelitian ini dipublikasikan di Journal of Biological Chemistry.

Virus SARS-CoV-2, yang menyebabkan penyakit COVID-19, mengekspresikan rantai panjang protein yang terdiri dari sekitar 1.900 residu asam amino. Agar virus dapat berkembang biak, rantai tersebut harus dipecah dan dipotong menjadi untaian yang lebih kecil oleh enzim yang disebut protease utama. Enzim protease aktif dibentuk dari dua molekul protein identik yang disatukan oleh ikatan hidrogen. Mengembangkan obat yang menghambat atau memblokir aktivitas protease akan mencegah virus mereplikasi dan menyebar ke sel lain di dalam tubuh.

“Informasi baru ini persis apa yang dibutuhkan untuk merancang inhibitor dengan tingkat spesifisitas yang lebih tinggi, memastikan molekul inhibitor mengikat sangat erat pada target yang dimaksudkan dan menonaktifkan protease,” kata Andrey Kovalevsky dari ORNL, penulis terkait.

Eksperimen neutron pertama kali mengungkapkan bahwa situs yang mengandung asam amino tempat rantai protein terputus berada dalam keadaan reaktif bermuatan listrik dan tidak dalam keadaan istirahat atau netral, bertentangan dengan kepercayaan yang dipegang sebelumnya. Kedua, mereka memetakan lokasi setiap atom hidrogen di tempat di mana inhibitor akan mengikat enzim protease, serta muatan listrik dari asam amino terkait. Eksperimen juga memetakan seluruh jaringan ikatan hidrogen antara molekul protein yang menahan enzim dan memungkinkannya untuk memulai proses kimiawi untuk memotong rantai protein.

“Setengah dari atom dalam protein adalah hidrogen. Atom-atom itu adalah pemain kunci dalam fungsi enzimatik dan penting untuk mengikat obat, ”kata Kovalevsky. “Jika kita tidak tahu di mana hidrogen itu dan bagaimana muatan listrik didistribusikan di dalam protein, kita tidak dapat merancang inhibitor yang efektif untuk enzim tersebut.”

Studi neutron tim didasarkan pada penelitian sebelumnya yang diterbitkan dalam jurnal Komunikasi Alam, menciptakan struktur atom lengkap dari enzim protease. Para peneliti juga telah membuat data mereka tersedia untuk umum bagi komunitas ilmiah sebelum kedua makalah diterbitkan untuk mempercepat solusi bagi pandemi global.

Neutron adalah probe yang ideal untuk mempelajari struktur biologis karena tidak rusak dan sangat sensitif terhadap elemen cahaya seperti hidrogen. Eksperimen hamburan neutron dilakukan di Reaktor Isotop Fluks Tinggi dan Sumber Neutron Spalasi di ORNL. Sampel protein disintesis di fasilitas yang berdekatan di Pusat Biologi Molekuler Struktural.

“Ini mungkin struktur neutron tercepat dari protein yang pernah diproduksi. Kami memulai eksperimen neutron pada bulan Mei, dan dalam lima bulan, kami memperoleh dan menerbitkan hasil kami. Itu sesuatu yang biasanya memakan waktu bertahun-tahun, ”kata penulis ORNL terkait Leighton Coates. “Pekerjaan ini mendemonstrasikan apa yang dapat kami lakukan di Oak Ridge. Semuanya dilakukan di sini dari awal hingga akhir. Protein diekspresikan, dimurnikan, dan dikristalisasi, dan semua data dikumpulkan dan dianalisis di lokasi – pendekatan yang terintegrasi sepenuhnya secara vertikal. “

Tim sekarang akan menggunakan informasi yang baru diperoleh untuk menyelidiki sifat pengikatan kandidat molekul obat untuk menghasilkan terapi COVID-19 yang lebih baik.

“Ini bukan hanya pertama kalinya seseorang memperoleh struktur neutron dari protein virus corona, tetapi juga pertama kalinya ada orang yang melihat kelas enzim protease ini menggunakan neutron,” kata Daniel Kneller dari ORNL, penulis pertama studi tersebut. “Ini adalah contoh luar biasa dari kristalografi neutron yang melayani komunitas pada saat yang paling dibutuhkan.”

Selain Kneller, Coates, dan Kovalevsky, rekan penulis makalah ini termasuk Gwyndalyn Phillips, Kevin L. Weiss, Swati Pant, Qiu Zhang dan Hugh M. O’Neill.

Penelitian COVID-19 di ORNL sebagian didukung oleh DOE Office of Science melalui National Virtual Biotechnology Laboratory, sebuah konsorsium laboratorium nasional DOE yang berfokus pada tanggapan terhadap COVID-19, dengan pendanaan yang disediakan oleh Coronavirus CARES Act.

HFIR dan SNS adalah DOE Office of Science User Facilities.

ORNL dikelola oleh UT-Battelle untuk Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS, pendukung tunggal penelitian dasar terbesar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat. Kantor Sains DOE sedang bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, silakan kunjungi https://www.energy.gov/science.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author