Coronavirus-dannelse er blevet modelleret

En fysiker ved University of California, Riverside, og hendes tidligere kandidatstuderende har med succes modelleret dannelsen af ​​SARS-CoV-2, den virus, der spreder COVID-19, for første gang.

I et papir udgivet i Virus , et tidsskrift, Roya Zandi, professor i fysik og astronomi ved UCR, og Siyu Li, en postdoc-forsker ved Songshan Lake Materials Laboratory i Kina, tilbyder en overordnet forståelse af samlingen og dannelsen af ​​SARS-CoV-2 fra dets bestanddele .

"Forståelse af viral samling har altid været et nøgletrin, der fører til terapeutiske strategier," sagde Zandi. "Tallige eksperimenter og simuleringer af vira såsom HIV og hepatitis B-virus har haft en bemærkelsesværdig indvirkning på at belyse deres samling og tilvejebringe midler til at bekæmpe dem. Selv de enkleste spørgsmål vedrørende dannelsen af ​​SARS-CoV-2 forbliver ubesvarede."

Zandi forklarede, at et kritisk trin i ethvert viruss livscyklus er pakningen af ​​dets genom til nye virioner eller viruspartikler. Dette er en særlig udfordrende opgave for coronavirus, som SARS-CoV-2, med deres meget store RNA-genomer. Faktisk har coronavirus det største genom kendt for en virus, der bruger RNA som sit genetiske materiale.

SARS-CoV-2 har fire strukturelle proteiner:Envelope (E), Membran (M), Nucleocapsid (N) og Spike (S). De strukturelle proteiner M, E og N er essentielle for samlingen og dannelsen af ​​den virale kappe - det yderste lag af virussen, der beskytter virussen og hjælper med at lette indtrængen i værtsceller. Denne proces finder sted ved membranen af ​​Endoplasmic Reticulum Golgi Intermediate Compartment, eller ERGIC, et komplekst membransystem, der giver coronavirus sin lipidkappe. Samlingen af ​​coronavirus er unik sammenlignet med mange andre vira, da denne proces foregår ved ERGIC-membranen.

De fleste beregningsstudier til dato bruger grovkornede modeller, hvor kun detaljer, der er relevante i store længdeskalaer, bruges til at efterligne virale komponenter. Gennem årene har de grovkornede modeller forklaret adskillige virussamlingsprocesser, der har ført til vigtige opdagelser.

"I dette papir har vi ved hjælp af grovkornede modeller været i stand til med succes at modellere dannelsen af ​​SARS-CoV-2:N-proteinerne kondenserer RNA'et for at danne det kompakte RNP-kompleks, som interagerer med M-proteinerne, der er indlejret i lipidmembranen," sagde Zandi.

Hun tilføjede, at "spirende", som er, når en del af membranen begynder at bue op, fuldender virusdannelsen. Modellen Zandi og Li udviklede gjorde det muligt for dem at udforske mekanismer for proteinoligomerisering, RNA-kondensering af strukturelle proteiner og cellulære membran-protein-interaktioner. Det gav dem også mulighed for at forudsige de faktorer, der styrer virussamling.

"Vores arbejde afslører nøgleingredienser og komponenter, der bidrager til pakningen af ​​det lange genom af SARS-CoV-2," sagde Li. "De eksperimentelle undersøgelser vedrørende den specifikke rolle for hver af de adskillige strukturelle proteiner, der er involveret i dannelsen af ​​virale partikler, er skyhøje, men mange detaljer forbliver uklare."

Ifølge Zandi kunne den indsigt, der præsenteres i forskningspapiret og sammenligningen af ​​resultaterne med dem, der er observeret eksperimentelt, give nogle af disse detaljer og informere designet af effektive antivirale lægemidler til at standse coronavirus i samlingsfasen.

"De fysiske aspekter af koronavirussamlingen, der er udforsket i vores model, er af interesse ikke kun for fysiske forskere, der begynder at anvende fysikbaserede metoder til studiet af indkapslede vira, men også for virologer, der forsøger at lokalisere de vigtigste proteininteraktioner i virussamling og -spirer, " hun sagde. "Vi har nu en bedre forståelse af, hvilke interaktioner der er vigtige for pakningen af ​​genomet og dannelsen af ​​virussen. Det er første gang, vi har været i stand til at finjustere interaktionen mellem genomet og proteinerne og opnå genomkondensationen. og forsamlingen samtidigt."

Titlen på papiret er "Biophysical Modeling of SARS-CoV-2 Assembly:Genome Condensation and Budding." + Udforsk yderligere

Simuleringer af, hvordan en virus pakker sit genetiske materiale, kan hjælpe med at designe nanocontainere, der bruges til lægemiddellevering