สารพันธุกรรมภายในไวรัสไม่สามารถอยู่รอดได้นานหากไม่มีโปรตีนเคลือบป้องกัน อย่างไรก็ตาม กระบวนการที่โปรตีนเหล่านี้ประกอบกันเพื่อห่อหุ้ม (และปกป้อง) จีโนมของไวรัสไม่เป็นที่เข้าใจกันดีนัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับไวรัสโคโรนาซึ่งมีจีโนม RNA ขนาดใหญ่มาก นักวิจัยคู่หนึ่งจาก University of California ในริเวอร์ไซด์ สหรัฐอเมริกา และ Songshan Lake Materials Laboratory ในประเทศจีน ได้ระบุการโต้ตอบระหว่างการรวมตัวกันของ SARS-CoV-2 ซึ่งเป็นไวรัสโคโรนาที่ก่อให้เกิด COVID-19 และสำรวจว่าปฏิสัมพันธ์เหล่านี้เป็นอย่างไร นำไปสู่การบรรจุจีโนมเป็นไวรัสตัวใหม่ งานนี้สามารถช่วยในการออกแบบและพัฒนายาเพื่อต่อสู้กับไวรัสนี้และไวรัสโคโรนาอื่นๆ
SARS-CoV-2 ประกอบด้วยโปรตีนโครงสร้างสี่ชนิด: ซองจดหมาย (E); เมมเบรน (M); นิวคลีโอแคปซิด (N); และเข็ม (S). โปรตีน M, E และ S มีความสำคัญต่อการประกอบและสร้างชั้นหรือซองจดหมายชั้นนอกสุดของไวรัส ซึ่งช่วยให้ไวรัสเข้าสู่เซลล์โฮสต์รวมทั้งปกป้องจากความเสียหาย
คอมเพล็กซ์ไรโบนิวคลีโอโปรตีนขนาดกะทัดรัด
ในงานใหม่ นักฟิสิกส์ UC-Riverside โรยา แซนดี้ และอดีตนักศึกษาปริญญาโทของเธอ ซิ่วลี่ (ซึ่งปัจจุบันเป็น postdoc ที่ทะเลสาบ Songhan) ใช้เครื่องมือคำนวณที่เรียกว่าแบบจำลองเนื้อหยาบเพื่อจำลองว่า SARS-CoV-2 ก่อตัวจากส่วนประกอบเหล่านี้อย่างไร โมเดลเหล่านี้เลียนแบบส่วนประกอบของไวรัสในระดับความยาวขนาดใหญ่ และให้ข้อมูลที่มีค่าเกี่ยวกับกระบวนการประกอบไวรัส
เมื่อใช้แบบจำลองเหล่านี้ ทั้งคู่คำนวณว่าโปรตีน N ควบแน่น RNA ของไวรัสเพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่าคอมเพล็กซ์ไรโบนิวคลีโอโปรตีนคอมเพล็กซ์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบของโมเลกุลที่ประกอบด้วยทั้งโปรตีนและ RNA จากนั้นแอสเซมบลีนี้จะทำปฏิกิริยากับโปรตีน M ที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มไขมัน ในที่สุด กระบวนการที่เรียกว่า "การแตกตัว" ของไรโบนิวคลีโอโปรตีนคอมเพล็กซ์จะเกิดขึ้น และทำให้การก่อตัวของไวรัสเสร็จสมบูรณ์
ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีน N มีความสำคัญมาก
นักวิจัยใช้รูปร่างของโปรตีน N ในแบบจำลองตามโครงสร้างที่รู้จักกันดีซึ่งอธิบายไว้ในเอกสาร “RNA เป็นโพลิเมอร์ที่มีประจุลบ และมีประจุบวกจำนวนมากในโปรตีน N” Zandi อธิบาย "ปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุบวกบนโปรตีน N และประจุลบบน RNA ส่งผลให้เกิดการควบแน่นของ RNA"
แซนดี้บอก โลกฟิสิกส์ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีน N กลายเป็นสิ่งที่สำคัญมากในการควบแน่นของ RNA “เราไม่ทราบเกี่ยวกับผลกระทบนี้ก่อนที่จะทำการจำลองของเรา” เธอกล่าวเสริม
ทั้งคู่ยังจำลองโปรตีน M ตามโครงสร้างและหน้าที่ตามที่อธิบายไว้ในเอกสาร พวกเขาออกแบบโปรตีนเหล่านี้ให้มีปฏิสัมพันธ์กับโปรตีน N และทำให้เมมเบรนโค้งงอ “แบบจำลองเนื้อหยาบช่วยให้เราเข้าใจกลไกของโปรตีนโอลิโกเมอไรเซชัน การควบแน่นของอาร์เอ็นเอโดยโปรตีนโครงสร้าง และปฏิกิริยาระหว่างเมมเบรนกับโปรตีน ทำนายปัจจัยที่ควบคุมการรวมตัวกันของไวรัส” หลี่อธิบาย
กล้องจุลทรรศน์ความละเอียดสูงเผยให้เห็นเครื่องจักรจำลองไวรัสโคโรนา
ในอดีต Zandi ตั้งข้อสังเกตว่าการทำความเข้าใจปัจจัยที่ก่อให้เกิดการรวมตัวกันของไวรัสมักนำไปสู่กลยุทธ์การรักษาแบบใหม่ ในมุมมองของเธอ ข้อค้นพบจากงานวิจัยชิ้นนี้ซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในวารสาร ไวรัสสามารถช่วยจัดหาวิธีการต่อสู้กับ SARS-CoV-2 ในทำนองเดียวกัน "กลไกการประกอบที่เราค้นพบสามารถแจ้งการออกแบบและการพัฒนาของโมเลกุลขนาดเล็กที่มุ่งเป้าหมายไปที่โปรตีนโครงสร้างของไวรัส การปรับเปลี่ยนการทำงานของมันเพื่อขัดขวางความเที่ยงตรงของกระบวนการประกอบ" เธอกล่าว
ในระยะยาว Zandi คิดว่างานใหม่นี้อาจกลายเป็นเกณฑ์มาตรฐานสำหรับการทดลองและการจำลองอะตอมทั้งหมดด้วยกล้องจุลทรรศน์ “ขณะนี้เรากำลังร่วมมือกับกลุ่มทดลองและกลุ่มคำนวณสำหรับขั้นตอนต่อไปของการสืบสวนของเรา” เธอเผย “ในท้ายที่สุด เราตั้งเป้าที่จะเชื่อมโยงการวิจัยหลายระดับเพื่อพัฒนาต่อยอดการพัฒนายาต้านไวรัสอย่างต่อเนื่องเพื่อจับกุมไวรัสโคโรนาในขั้นตอนการประกอบ”
