Materi genetik di dalam virus tidak dapat bertahan lama tanpa lapisan pelindung protein. Namun, proses di mana protein ini berkumpul untuk membungkus (dan karenanya melindungi) genom virus tidak dipahami dengan baik – terutama untuk virus corona, yang memiliki genom RNA sangat besar. Sepasang peneliti di University of California di Riverside, AS dan Songshan Lake Materials Laboratory di China kini telah mengidentifikasi interaksi yang berperan selama perakitan SARS-CoV-2, virus corona penyebab COVID-19, dan mengeksplorasi bagaimana interaksi ini menyebabkan genom dikemas menjadi virion baru. Pekerjaan tersebut dapat membantu desain dan pengembangan obat untuk melawan ini dan virus corona lainnya.
SARS-CoV-2 mengandung empat protein struktural: amplop (E); membran (M); nukleokapsid (N); dan paku (S). Protein M, E, dan S sangat penting untuk merakit dan membentuk lapisan terluar virus, atau selubung, yang membantu virus memasuki sel inang serta melindunginya dari kerusakan.
Kompleks ribonukleoprotein kompak
Dalam karya baru, fisikawan UC-Riverside Roya Zandi dan mantan mahasiswa pascasarjananya Siyu Li (yang sekarang menjadi postdoc di Danau Songhan) menggunakan alat komputasi yang dikenal sebagai model berbutir kasar untuk mensimulasikan bagaimana SARS-CoV-2 terbentuk dari bagian penyusun ini. Model-model ini meniru komponen virus dalam skala panjang dan memberikan informasi berharga tentang proses perakitan virus.
Dengan menggunakan model ini, pasangan menghitung bahwa protein N memadatkan RNA virus untuk membentuk apa yang disebut kompleks ribonukleoprotein kompak, yang merupakan kumpulan molekul yang terdiri dari protein dan RNA. Rakitan ini kemudian berinteraksi dengan protein M yang tertanam di membran lipid. Akhirnya, sebuah proses yang dikenal sebagai "pembentukan" kompleks ribonukleoprotein terjadi, melengkapi pembentukan virus.
Interaksi antara protein N sangat penting
Para peneliti mendasarkan bentuk protein N dalam model mereka pada struktur terkenal yang dijelaskan dalam literatur. “RNA adalah polimer bermuatan negatif dan ada banyak muatan positif dalam protein N,” jelas Zandi. “Interaksi antara muatan positif pada protein N dan muatan negatif pada RNA menghasilkan kondensasi RNA.”
Zandi memberitahu Dunia Fisika bahwa interaksi antara protein N ternyata sangat penting dalam kondensasi RNA. “Kami tidak mengetahui tentang efek ini sebelum melakukan simulasi kami,” tambahnya.
Pasangan ini juga memodelkan protein M berdasarkan struktur dan fungsinya seperti yang dijelaskan dalam literatur. Mereka merancang protein ini sedemikian rupa sehingga berinteraksi dengan protein N dan juga membengkokkan membran. “Model berbutir kasar telah memungkinkan kami untuk memahami mekanisme oligomerisasi protein, kondensasi RNA oleh protein struktural dan interaksi membran-protein, memprediksi faktor-faktor yang mengontrol perakitan virus,” jelas Li.
Mikroskop resolusi super mengungkapkan mesin yang mereplikasi virus corona
Di masa lalu, Zandi mencatat bahwa memahami faktor-faktor yang berkontribusi pada perakitan virus sering mengarah pada strategi terapi baru. Menurutnya, temuan dari penelitian ini, yang dirinci dalam jurnal virus, juga dapat membantu menyediakan sarana untuk memerangi SARS-CoV-2. “Mekanisme perakitan yang kami temukan dapat menginformasikan desain dan pengembangan molekul kecil yang menargetkan protein struktur virus, memodifikasi fungsinya untuk mengganggu ketepatan proses perakitan,” katanya.
Dalam jangka panjang, Zandi berpendapat bahwa karya baru ini bahkan bisa menjadi tolok ukur untuk eksperimen dan simulasi semua atom mikroskopis. “Kami saat ini berkolaborasi dengan kelompok eksperimen dan komputasi untuk tahap selanjutnya dari penyelidikan kami,” ungkapnya. “Pada akhirnya, kami bertujuan untuk menghubungkan penelitian multiskala untuk melanjutkan pengembangan obat antivirus yang berkelanjutan untuk menahan virus corona dalam tahap perakitannya.”
