Vật liệu di truyền bên trong virus không thể tồn tại lâu nếu không có lớp protein bảo vệ. Tuy nhiên, quá trình mà các protein này tập hợp lại để bao bọc (và do đó bảo vệ) bộ gen của virus vẫn chưa được hiểu rõ – đặc biệt là đối với các loại coronavirus có bộ gen RNA rất lớn. Một cặp nhà nghiên cứu tại Đại học California ở Riverside, Hoa Kỳ và Phòng thí nghiệm Vật liệu Hồ Tùng Sơn ở Trung Quốc hiện đã xác định được các tương tác diễn ra trong quá trình tổng hợp SARS-CoV-2, loại coronavirus gây ra COVID-19 và khám phá cách thức các tương tác này dẫn đến việc bộ gen được đóng gói thành một virion mới. Công trình này có thể hỗ trợ thiết kế và phát triển các loại thuốc chống lại loại virus này và các loại virus corona khác.
SARS-CoV-2 chứa bốn protein cấu trúc: vỏ bọc (E); màng (M); nucleocapsid (N); và tăng đột biến (S). Các protein M, E và S rất quan trọng để lắp ráp và hình thành lớp ngoài cùng hoặc lớp vỏ ngoài của vi-rút, giúp vi-rút xâm nhập vào tế bào chủ cũng như bảo vệ nó khỏi bị hư hại.
Phức hợp ribonucleoprotein nhỏ gọn
Trong công trình mới, nhà vật lý UC-Riverside Roya Zandi và cựu sinh viên tốt nghiệp của cô ấy Tư Vũ Lý (hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Songhan Lake) đã sử dụng các công cụ điện toán được gọi là mô hình chi tiết thô để mô phỏng cách SARS-CoV-2 hình thành từ các bộ phận cấu thành này. Các mô hình này bắt chước các thành phần vi-rút ở quy mô chiều dài lớn và cung cấp thông tin quý giá về quy trình lắp ráp vi-rút.
Sử dụng các mô hình này, cặp đôi đã tính toán rằng các protein N làm cô đặc RNA của virus để tạo thành cái gọi là phức hợp ribonucleoprotein nhỏ gọn, là một tập hợp các phân tử bao gồm cả protein và RNA. Sau đó, tổ hợp này tương tác với các protein M được nhúng trong màng lipid. Cuối cùng, một quá trình được gọi là “nảy chồi” của phức hợp ribonucleoprotein diễn ra, hoàn thành quá trình hình thành virus.
Tương tác giữa các protein N là rất quan trọng
Các nhà nghiên cứu dựa trên hình dạng của protein N trong mô hình của họ dựa trên một cấu trúc nổi tiếng được mô tả trong tài liệu. Zandi giải thích: “RNA là một polyme tích điện âm và có rất nhiều điện tích dương trong N protein. “Sự tương tác giữa các điện tích dương trên protein N và điện tích âm trên RNA dẫn đến sự ngưng tụ của RNA.”
Zandi kể Thế giới vật lý rằng sự tương tác giữa các protein N hóa ra lại rất quan trọng trong quá trình ngưng tụ RNA. Cô ấy nói thêm: “Chúng tôi không biết về hiệu ứng này trước khi thực hiện các mô phỏng của mình.
Cặp đôi này cũng lập mô hình các protein M dựa trên cấu trúc và chức năng của chúng như được mô tả trong tài liệu. Họ đã thiết kế những protein này sao cho chúng tương tác với N protein và cũng uốn cong màng. Li giải thích: “Mô hình chi tiết thô cho phép chúng tôi hiểu cơ chế oligome hóa protein, ngưng tụ RNA bởi protein cấu trúc và tương tác protein-màng, dự đoán các yếu tố kiểm soát sự tập hợp vi rút.
Kính hiển vi siêu phân giải tiết lộ bộ máy sao chép coronavirus
Trước đây, Zandi lưu ý rằng việc hiểu được các yếu tố góp phần hình thành vi-rút thường dẫn đến các chiến lược điều trị mới. Theo quan điểm của cô ấy, những phát hiện từ nghiên cứu này, được trình bày chi tiết trên tạp chí Virus, tương tự có thể giúp cung cấp phương tiện để chống lại SARS-CoV-2. Cô ấy nói: “Cơ chế lắp ráp mà chúng tôi đã khai quật được có thể cung cấp thông tin cho việc thiết kế và phát triển các phân tử nhỏ nhắm vào các protein cấu trúc của virus, điều chỉnh chức năng của chúng để phá vỡ tính trung thực của quá trình lắp ráp.
Về lâu dài, Zandi cho rằng công trình mới này thậm chí có thể trở thành một chuẩn mực cho các thí nghiệm và mô phỏng toàn nguyên tử cực nhỏ. “Chúng tôi hiện đang hợp tác với các nhóm thử nghiệm và tính toán cho giai đoạn tiếp theo của cuộc điều tra,” cô tiết lộ. “Cuối cùng, chúng tôi mong muốn kết nối nghiên cứu đa quy mô để tiếp tục phát triển các loại thuốc kháng vi-rút để bắt giữ coronavirus trong giai đoạn lắp ráp của chúng.”
