Een natuurkundige aan de Universiteit van Californië, Riverside, en haar voormalige afgestudeerde student hebben voor het eerst met succes de vorming van SARS-CoV-2, het virus dat COVID-19 verspreidt, gemodelleerd.

In een paper gepubliceerd in Virussen , een tijdschrift, Roya Zandi, een professor in natuurkunde en astronomie aan de UCR, en Siyu Li, een postdoctoraal onderzoeker aan het Songshan Lake Materials Laboratory in China, bieden een algemeen begrip van de assemblage en vorming van SARS-CoV-2 uit zijn samenstellende componenten .

"Het begrijpen van virale assemblage is altijd een belangrijke stap geweest die leidt tot therapeutische strategieën," zei Zandi. "Talloze experimenten en simulaties van virussen zoals HIV en het hepatitis B-virus hebben een opmerkelijke invloed gehad op het ophelderen van hun assemblage en het verschaffen van middelen om ze te bestrijden. Zelfs de eenvoudigste vragen over de vorming van SARS-CoV-2 blijven onbeantwoord."

Zandi legde uit dat een cruciale stap in de levenscyclus van een virus het verpakken van zijn genoom in nieuwe virions of virusdeeltjes is. Dit is een bijzonder uitdagende taak voor coronavirussen, zoals SARS-CoV-2, met hun zeer grote RNA-genomen. Coronavirussen hebben inderdaad het grootste genoom dat bekend is voor een virus dat RNA als genetisch materiaal gebruikt.

SARS-CoV-2 heeft vier structurele eiwitten:Envelop (E), Membraan (M), Nucleocapsid (N) en Spike (S). De structurele eiwitten M, E en N zijn essentieel voor de assemblage en vorming van de virale envelop - de buitenste laag van het virus die het virus beschermt en helpt om de gastheercellen binnen te dringen. Dit proces vindt plaats op het membraan van het endoplasmatisch reticulum Golgi Intermediate Compartment, of ERGIC, een complex membraansysteem dat het coronavirus zijn lipide-envelop verschaft. De assemblage van coronavirussen is uniek in vergelijking met veel andere virussen, omdat dit proces plaatsvindt op het ERGIC-membraan.

De meeste computationele studies tot nu toe gebruiken grofkorrelige modellen waarbij alleen details die relevant zijn op grote lengteschalen worden gebruikt om virale componenten na te bootsen. In de loop der jaren hebben de grofkorrelige modellen verschillende virusassemblageprocessen verklaard die tot belangrijke ontdekkingen hebben geleid.

"In dit artikel hebben we met behulp van grofkorrelige modellen met succes de vorming van SARS-CoV-2 kunnen modelleren:de N-eiwitten condenseren het RNA om het compacte RNP-complex te vormen, dat interageert met de M-eiwitten die zijn ingebed in het lipidemembraan," zei Zandi.

Ze voegde eraan toe dat "ontluiken", dat is wanneer een deel van het membraan begint te krommen, de virusvorming voltooit. Het model dat Zandi en Li ontwikkelden, stelde hen in staat om mechanismen van eiwitoligomerisatie, RNA-condensatie door structurele eiwitten en cellulaire membraan-eiwitinteracties te onderzoeken. Het stelde hen ook in staat om de factoren te voorspellen die de virusassemblage beheersen.

"Ons werk onthult belangrijke ingrediënten en componenten die bijdragen aan de verpakking van het lange genoom van SARS-CoV-2", zei Li. "De experimentele studies met betrekking tot de specifieke rol van elk van de verschillende structurele eiwitten die betrokken zijn bij de vorming van virale deeltjes stijgen enorm, maar veel details blijven onduidelijk."

Volgens Zandi zou het inzicht dat in de onderzoekspaper wordt gepresenteerd en de vergelijking van de bevindingen met de bevindingen die experimenteel zijn waargenomen, enkele van deze details kunnen verschaffen en het ontwerp van effectieve antivirale geneesmiddelen kunnen informeren om coronavirussen in de assemblagefase te stoppen.

"De fysieke aspecten van de assemblage van het coronavirus die in ons model worden onderzocht, zijn niet alleen van belang voor natuurwetenschappers die op fysica gebaseerde methoden beginnen toe te passen voor de studie van omhulde virussen, maar ook voor virologen die proberen de belangrijkste eiwitinteracties in de assemblage en ontluiking van virussen te lokaliseren, " ze zei. "We begrijpen nu beter welke interacties belangrijk zijn voor de verpakking van het genoom en de vorming van het virus. Dit is de eerste keer dat we de interactie tussen het genoom en eiwitten hebben kunnen verfijnen en de genoomcondensatie verkrijgen en de montage tegelijk."

De titel van het artikel is "Biophysical Modeling of SARS-CoV-2 Assembly:Genome Condensation and Budding." + Verder verkennen

Simulaties over hoe een virus zijn genetisch materiaal verpakt, kunnen helpen bij het ontwerpen van nanocontainers die worden gebruikt bij de levering van medicijnen