Para ilmuwan menyelidiki solusi untuk membangun pertahanan membran sel terhadap COVID-19

Para ilmuwan menyelidiki solusi untuk membangun pertahanan membran sel terhadap COVID-19

[ad_1]

Newswise – Membran sel adalah garis pertahanan terluar sel terhadap SARS-CoV-2, virus korona baru yang bertanggung jawab atas penyakit COVID-19.

Ketebalan membran sel hanya beberapa nanometer tetapi penting untuk kehidupan. Mereka berfungsi sebagai penghalang antara bagian dalam sel dan lingkungan sekitarnya dan menampung banyak aktivitas yang diperlukan untuk fungsi sel.

Para peneliti dari Virginia Tech dan Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL) Departemen Energi (DOE) menggunakan hamburan neutron untuk menyelidiki bagaimana membran sel dan virus saling mempengaruhi dan kandidat terapeutik apa yang dapat membuat membran sel lebih tahan terhadap masuknya virus. Informasi tersebut dapat membantu para ahli merancang strategi untuk memperlambat kemajuan infeksi virus dan mengurangi efek berbahaya.

Mengembangkan perawatan yang mengganggu proses infeksi virus dapat membantu mengurangi keparahan penyakit COVID-19 dan memungkinkan orang pulih lebih cepat, ”kata John Katsaras, ahli biofisik dan ilmuwan pemecah neutron di ORNL. Hal ini, pada gilirannya, dapat menurunkan jumlah rawat inap dan mengurangi risiko kelebihan fasilitas medis.

Misi yang berfokus pada membran

Virus corona membajak sel manusia dengan bantuan protein lonjakan yang menonjol dari lapisan membrannya sendiri, membuat virus tampak seperti mahkota. Protein lonjakan menempel pada permukaan sel dan membantu menggabungkan membran virus dan sel. Setelah selaput menyatu, virus dapat masuk ke dalam sel dan membuat salinannya sendiri, menyebarkan infeksi ke seluruh tubuh.

Dengan menentukan bagaimana virus korona menembus membran sel, para ilmuwan dapat mengembangkan pengobatan yang menghalangi proses ini. Banyak peneliti sedang mencari cara untuk memerangi virus dengan menargetkan protein lonjakannya, tetapi lebih sedikit yang memperhatikan situs di mana proses infeksi dimulai: membran sel.

“Agar virus menjadi aktif, virus harus melalui membran sel,” kata Rana Ashkar, asisten profesor fisika di Virginia Tech dan mantan ORNL Shull Fellow yang memimpin upaya penelitian. “Banyak pekerjaan yang telah dilakukan difokuskan pada menonaktifkan protein lonjakan itu sendiri. Namun, kami ingin memahami bagaimana protein lonjakan berinteraksi dengan membran dan perawatan apa yang secara tidak langsung dapat memblokir interaksi ini dengan menargetkan properti membran. ”

Ashkar dan kelompok penelitiannya mempelajari struktur dan dinamika model membran biologis untuk mendapatkan wawasan tentang fungsi membran sel. Ketika COVID-19 mulai menyebar, dia memanfaatkan sumber daya labnya untuk membantu komunitas ilmiah lebih memahami infeksi virus corona.

Mereka berkolaborasi dengan para peneliti di ORNL untuk menetapkan pemahaman molekuler tentang sifat membran yang memungkinkan masuknya virus, bagaimana membran berubah ketika kontak dengan virus, dan modifikasi membran apa yang dapat menghambat proses infeksi.

“ORNL memiliki peran kepemimpinan internasional dalam menganalisis struktur nanoscopic dari membran biologis. Karena keahlian kami, jaringan kolaborator, dan kemampuan hamburan neutron, kami dapat dengan cepat mengarahkan fokus penelitian kami untuk lebih memahami bagaimana virus corona, dan senyawa tertentu lainnya, memengaruhi membran, ”kata Katsaras.

Proyek ini juga memanfaatkan berbagai keahlian di dalam laboratorium. “Di ORNL kami dapat bekerja dengan para ahli dari berbagai bidang, seperti fisika, kimia, dan biologi,” kata Jessy Labbé, ahli genetika jamur seluler dan molekuler di ORNL Biosciences Division. “Saat krisis dimulai, kami menerapkan pengetahuan gabungan ini untuk mengembangkan proyek penelitian yang membahas beberapa tantangan terbesar terkait pandemi.”

Penglihatan neutron

Tim menggunakan reflektor cairan (LIQREF) di Sumber Neutron Spallation (SNS) ORNL untuk memeriksa konformasi membran dan protein lonjakan virus, serta efek dari kandidat terapeutik tertentu. Dengan instrumen tersebut, para ilmuwan dapat mengukur lintasan neutron saat berinteraksi dengan bahan biologis yang berbeda. Mereka kemudian menggunakan informasi ini untuk menentukan bagaimana sampel diatur pada tingkat molekuler.

“Dengan menggunakan teknik ini, kami dapat menangkap struktur membran dan menilai rincian molekul apa yang berubah, dalam kondisi fisiologis, ketika membran bersentuhan dengan protein lonjakan atau senyawa terapeutik,” kata Minh Phan, rekan penelitian postdoctoral di ORNL.

Membran biologis memiliki profil nanoskopik, sehingga menantang para peneliti untuk menyelidiki struktur mereka dan mempelajari bagaimana mereka berperilaku, menurut Ashkar. Neutron, bagaimanapun, mampu menyelidiki bahan biologis dengan resolusi tinggi tanpa merusaknya. Hamburan neutron adalah salah satu dari sedikit teknik yang tersedia untuk mengeksplorasi bagaimana virus dan kandidat terapeutik berinteraksi dengan membran pada skala nano, katanya.

Neutron juga ideal untuk penelitian ini karena mereka dapat membedakan antara hidrogen dan isotopnya, seperti deuterium. “Dengan secara selektif mengganti atom hidrogen dalam sampel membran dengan atom deuterium, kami memiliki kemampuan untuk mengubah cara neutron ‘melihat’ sesuatu, sehingga kami dapat memperkuat aspek tertentu dan sepenuhnya mengaburkan aspek lainnya,” kata Ashkar.

“Saat kami mengubah tingkat hidrogen dan deuterium dalam sampel kami, kami dapat menunjukkan fitur yang berbeda di dalam membran,” tambah ilmuwan instrumen ORNL John Ankner. “Dengan mengumpulkan semua pengukuran ini, kami kemudian dapat membuat satu model struktural, seperti menyusun potongan teka-teki gambar.”

Membangun gambaran molekuler

Para peneliti melakukan eksperimen mereka dengan model membran yang sangat mirip dengan bentuk dan komposisi membran sel di dalam paru-paru manusia, tempat infeksi virus pernapasan terutama terjadi. Sampel disiapkan oleh Mary Odom, rekan ilmiah di SNS. Dengan menggunakan LIQREF, tim pertama-tama mengkarakterisasi struktur asli membran itu. Mereka kemudian mengukur bagaimana sifat membran berubah ketika terpapar baik melatonin atau azitromisin – produk yang umumnya tersedia yang saat ini sedang diselidiki oleh para ahli medis sebagai pengobatan yang mungkin untuk mengurangi gejala COVID-19.

Melatonin adalah hormon alami yang diproduksi oleh otak dan berperan dalam mengatur siklus tidur. Suplemen melatonin yang dibuat secara sintetis terutama digunakan untuk jet lag dan gangguan tidur, tetapi juga telah digunakan untuk mengurangi gejala berbagai infeksi. Azitromisin adalah antibiotik yang diresepkan untuk mengobati berbagai macam infeksi, seperti bronkitis dan pneumonia.

Ashkar memimpin eksperimen karakterisasi tambahan di Virginia Tech untuk memeriksa lebih lanjut bagaimana produk ini memengaruhi organisasi membran. Hasil awal menunjukkan bahwa membran mengemas lebih dekat saat dimasukkan ke melatonin atau azitromisin. Perubahan ini berpotensi membuat intrusi membran lebih menantang untuk protein lonjakan virus.

Tim akan memasukkan protein lonjakan virus ke dalam sampel membran dan menganalisis berbagai faktor kompleks membran protein. Ini termasuk bagaimana protein lonjakan mengikat membran, mekanisme penyisipan protein, dan respons membran terhadap protein, seperti perubahan kompresi atau kekakuannya. Tim kemudian akan memeriksa apakah interaksi ini terganggu dengan adanya kandidat terapeutik.

Upaya hamburan neutron telah diterapkan terutama oleh Ankner dan Phan. Selain itu, Jacob Kinnun, rekan peneliti postdoctoral ORNL, melakukan eksperimen pelengkap untuk mengeksplorasi bagaimana kedua senyawa mempengaruhi pengemasan molekul dan dinamika pengikatan sampel membran.

Pat Collier, staf peneliti di ORNL’s Center for Nanophase Material Sciences, mempelajari membran yang dibentuk oleh tetesan air berlapis lipid untuk mendapatkan informasi lebih lanjut tentang sifat membran.

Ke depan, para peneliti membayangkan metode ini dapat digunakan untuk membangun platform yang secara cepat dan sistematis menyaring berbagai pengobatan untuk potensi mereka untuk membantu mengurangi pandemi saat ini dan ancaman pernapasan virus lainnya yang mungkin muncul di masa depan.

Pekerjaan ini mendapat dukungan melalui program Penelitian dan Pengembangan yang Diarahkan Laboratorium ORNL.

SNS adalah DOE Office of Science User Facility. ORNL dikelola oleh UT-Battelle LLC untuk DOE’s Office of Science, pendukung terbesar penelitian dasar 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/.—oleh Olivia Trani


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author