В исследовании, недавно опубликованном в журнале Infection, Genetics and Evolution изучалось сродство углеродных нанотрубок (УНТ) и углеродных нанофуллерена к многочисленным молекулярным мишеням коронавируса 2 тяжелого острого респираторного синдрома. (SARS-CoV-2).

<img alt=" коронавирус, SARS-CoV-2 "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38272_16382896096787561.jpg "width =" 1000 "/ height =" 563 "

Исследование: Углеродный фуллерен и нанотрубка являются вероятными связующими для нескольких целей SARS-CoV-2: выводы из компьютерного моделирования и исследований молекулярно-динамического моделирования. Изображение предоставлено: CROCOTHERY / Shutterstock.com

Было проведено компьютерное моделирование трехмерной архитектуры нанофуллеренов и УНТ, и моделирование связывания молекул и молекулярной динамики (МД) использовалось для оценки сродства прикрепления наночастиц к выбранным целевым молекулам. В исследовании подчеркивается необходимость использования углеродных наночастиц для лечения COVID-19.

<img alt=" Потенциальные лекарственные мишени SARS-CoV-2, выбранные в настоящем исследовании (а) гликопротеин спайк, (б) РНК-направленная РНК-полимераза, (в), основная протеаза, (г) папаин-подобная протеаза и (e) РНК-связывающий домен белка нуклеокапсида. "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38272_16382813160163659.jpg "width =" 1778 "height =" 465 "/>

Потенциальные лекарственные мишени SARS-CoV-2, выбранные в настоящем исследовании (а) гликопротеин-спайк, (б) РНК-направленная РНК-полимераза, (в), основная протеаза, (г) папаин- подобно протеазе и (е) РНК-связывающий домен белка нуклеокапсида. Изображение предоставлено: Скариячан, С. и др.

COVID-19 захватывает мир штурмом

Шокирующая эпидемия COVID-19, связанная с тяжелым острым респираторным синдромом Коронавирус-2 (SARS-CoV-2), впервые обнаруженная в Ухане, Китай, в декабре 2019 года, с тех пор распространилась по всему миру. Вирулентный патоген SARS-CoV-2 относится к семейству ß-коронавирусов и представляет собой вирус с положительной цепью РНК. Шипованные гликопротеины, которые появляются на конверте, придают этим патогенам вид короны. Другие белки в вирусной структуре включают белки мембраны и оболочки, белок нуклеокапсида и РНК, зависящие от РНК-полимеразы в качестве структурных белков.

Неадекватность существующих методов лечения

Сначала для лечения инфекции COVID-19 рекомендовали противовирусные препараты, включая ремдесивир, лопинавир, хлорохин и гидроксихлорохин. Однако недавние оценки доказали неэффективность хлорохина и гидроксихлорохина в борьбе с SARS-CoV-2. Некоторые препараты находятся на ранних стадиях клинической разработки.

Новые варианты вируса были обнаружены в различных регионах по всему миру, при этом эти мутации демонстрируют повышенную передачу и патогенность, а также сниженную нейтрализацию.

Вакцины для лечения COVID-19 теперь доступны, хотя в некоторых странах они еще не достигли населения. Разнообразие симптомов, обнаруживаемых у пациентов, а также данные о бессимптомной передаче и устойчивости к вакцинации указывают на неизбежную необходимость выработки альтернативного метода лечения.

<img alt=" Связывающий потенциал углеродных нанофуллерена по отношению к приоритетным целям SARS-CoV-2 предсказывается с помощью молекулярного стыковки. Сродство связывания и взаимодействия углеродного нанофуллерена с (а) шиповым гликопротеином (-13,7 ккал / моль), (б) РНК-зависимой РНК-полимеразой (-12,9 ккал / моль), (в) основной протеазой (-11,4 ккал / моль) , (d) папаин-подобная протеаза (-10,6 ккал / моль) и (d) РНК-связывающий домен белка нуклеокапсида (-10,1 ккал / моль). "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news /ImageForNews_38272_16382813241583773.jpg "style =" width: 2000px; height: 1351px; "width =" 2000 "height =" 1351 "/>

Связывающий потенциал углеродных нанофуллеренов по отношению к приоритетным целям SARS-CoV-2 предсказывается с помощью молекулярного стыковки. Сродство связывания и взаимодействия углеродного нанофуллерена с (а) шиповым гликопротеином (-13,7 ккал / моль), (б) РНК-зависимой РНК-полимеразой (-12,9 ккал / моль), (в) основной протеазой (-11,4 ккал / моль) , (d) папаин-подобная протеаза (-10,6 ккал / моль) и (d) РНК-связывающий домен белка нуклеокапсида (-10,1 ккал / моль) . Изображение предоставлено: Скариячан, С. и др.

Нанотехнологии и вычислительная биология

Современные разработки в области нанотехнологий показали возможность использования наночастиц, таких как УНТ и нанофуллерены, для нацеливания на различные области SARS-CoV-2, блокируя его патогенные эффекты. Углеродные нанотрубки рекламируются как потенциальные терапевтические материалы из-за превосходных механических свойств, структурной прочности и настраиваемости функциональных групп.

Наноматериалы могут быть использованы для создания защитных устройств и дезинфицирующих средств на основе наночастиц COVID-19. Кроме того, наночастицы можно использовать в качестве носителей антигена или в качестве адъювантного лекарства для использования одновременно с будущими вакцинами против COVID-19.

Команда использовала виртуальный скрининг на основе вычислений и моделирование МД, чтобы определить способность углеродных нанотрубок и нанофуллеренов связываться с многочисленными предполагаемыми целевыми областями вируса. Углеродные нанофуллерены обладают потенциальным сродством к мишеням SARS-CoV-2, а углеродные нанотрубки продемонстрировали возможные взаимодействия, которые могут ограничить вредоносный механизм вируса.

Определение структурных свойств распознанных целей

Спайковые гликопротеины являются основной мишенью антител и важны для стимуляции проникновения в клетки через трансмембранный спайк. Трансмембранный спайк состоит из двух функциональных субъединиц, которые отвечают за прикрепление к рецепторам клеток-хозяев и слияние мембран вируса и клеток.

Каждый вирус может идентифицировать отдельные места прикрепления и входа, соединяясь с определенными участками рецепторов в единице клетки-хозяина, в зависимости от типа вирусного штамма. Основная составляющая вирусного аппарата отвечает за репликацию и транскрипцию; РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp) необходима для выживания этих вирусов. Лечение, направленное на эту область, было бы отличной стратегией.

Первичная протеаза – это фермент, который также участвует в репликации и транскрипции вирусов. Основная протеаза необходима для переваривания полипротеинов, транслируемых вирусной РНК. Ингибирование этого фермента может помочь предотвратить репликацию вируса. В результате эти белки были выбраны для исследования, поскольку они могут быть потенциальными терапевтическими мишенями для заражения SARS-CoV-2.

<img alt=" Траектории моделирования РНК связывающего домена белка нуклеокапсида и комплекса нанотрубок (a) RMSD: RMSD белка (Å) по оси y и время по оси x (b) RMSF белка ( Å) на оси y и остатки на оси x (c) Контакты белок-лиганд в ходе моделирования, (d) гистограмма, представляющая долю взаимодействия на оси y и остатки на оси x (e) Лиганд RMSF (Å) по оси y и атомы по оси x и (f) основные взаимодействия, которые происходят во время моделирования МД. "Src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38272_16382813313921852.jpg "style = "ширина: 1723 пикселей; height: 2000px; "width =" 1723 "height =" 2000 "/>

Траектории моделирования РНК связывающего домена белка нуклеокапсида и комплекса нанотрубок (a) RMSD: RMSD белка (Å) по оси y и время по оси x (b) RMSF белка (Å) на оси y и остатки на оси x (c) Контакты белок-лиганд в ходе моделирования, (d) гистограмма, представляющая долю взаимодействия на оси y и остатки на оси x (e ) Лиганд RMSF (Å) на оси y и атомы на оси x и (f) основные взаимодействия, которые происходят во время моделирования МД . Изображение предоставлено: Скариячан, С. и др.

Выводы

Сначала может показаться не впечатляющим, что мишени принимают такую ​​ориентацию только после адсорбции на гидрофобных поверхностях. Однако существует возможность для различных ориентаций в отношении процесса адсорбции на гидрофобных или заряженных областях. Следовательно, понимание моделирования взаимодействия многих ориентаций имеет решающее значение.

Настоящее исследование закладывает основу для будущих лабораторных испытаний и поисковых испытаний. Несмотря на очевидную токсическую природу наночастиц, они могут использоваться в качестве возможных проводников для блокировки целевых областей коронавируса. Исследования показали успешность их использования в целенаправленном лечении, процессах транспортировки лекарств, лечении рака и других применениях.

Тесты МД-моделирования показали, что приоритетные объекты и наночастицы подвергаются динамическим взаимодействиям, которые являются устойчивыми и многообещающими. По сравнению с углеродно-фуллеренами нанотрубки имеют более высокую энергию связи, чем две углеродные наночастицы.

Читать далее: Нанотехнологии и борьба с COVID-19.

Ссылка

Скариячан, С., Гопал, Д., Дешпанде, Д., Джоши, А., Уттаркар, А., и Ниранджан, В. (2021) Углеродный фуллерен и нанотрубка, вероятно, связывают несколько мишеней SARS-CoV -2: Выводы из компьютерного моделирования и молекулярно-динамического моделирования. Инфекция, генетика и эволюция . Доступно по адресу: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S156713482100455X?via%3Dihub[19459007provided

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.