Transmissionselektronmikrofotografi av SARS-CoV-2-viruspartiklar isolerade från en patient. Kredit:NIAID
En fysiker vid University of California, Riverside, och hennes tidigare doktorand har framgångsrikt modellerat bildandet av SARS-CoV-2, viruset som sprider COVID-19, för första gången.
I en tidning publicerad i Virus , en tidskrift, Roya Zandi, professor i fysik och astronomi vid UCR, och Siyu Li, en postdoktor vid Songshan Lake Materials Laboratory i Kina, erbjuder en övergripande förståelse för sammansättningen och bildandet av SARS-CoV-2 från dess beståndsdelar .
"Att förstå viral montering har alltid varit ett nyckelsteg som leder till terapeutiska strategier," sa Zandi. "Många experiment och simuleringar av virus som HIV och hepatit B-virus har haft en anmärkningsvärd inverkan på att klargöra deras sammansättning och tillhandahålla medel för att bekämpa dem. Även de enklaste frågorna om bildandet av SARS-CoV-2 förblir obesvarade."
Zandi förklarade att ett kritiskt steg i livscykeln för alla virus är packningen av dess genom till nya virioner eller viruspartiklar. Detta är en särskilt utmanande uppgift för coronavirus, som SARS-CoV-2, med sina mycket stora RNA-genom. Koronavirus har faktiskt det största genomet som är känt för ett virus som använder RNA som sitt genetiska material.
SARS-CoV-2 har fyra strukturella proteiner:Envelope (E), Membran (M), Nucleocapsid (N) och Spike (S). De strukturella proteinerna M, E och N är väsentliga för sammansättningen och bildandet av virushöljet - det yttersta lagret av viruset som skyddar viruset och hjälper till att underlätta inträde i värdceller. Denna process sker vid membranet av Endoplasmic Reticulum Golgi Intermediate Compartment, eller ERGIC, ett komplext membransystem som ger coronaviruset dess lipidhölje. Sammansättningen av coronavirus är unik jämfört med många andra virus eftersom denna process sker vid ERGIC-membranet.
De flesta beräkningsstudier hittills använder grovkorniga modeller där endast detaljer som är relevanta i stora längdskalor används för att efterlikna virala komponenter. Genom åren har de grovkorniga modellerna förklarat flera virussammansättningsprocesser som leder till viktiga upptäckter.
"I detta dokument, med hjälp av grovkorniga modeller, har vi framgångsrikt kunnat modellera bildandet av SARS-CoV-2:N-proteinerna kondenserar RNA:t för att bilda det kompakta RNP-komplexet, som interagerar med M-proteinerna som är inbäddade i lipidmembranet," sa Zandi.
Hon tillade att "knoppning", vilket är när en del av membranet börjar kröka sig, fullbordar virusbildningen. Modellen Zandi och Li utvecklade gjorde det möjligt för dem att utforska mekanismer för proteinoligomerisering, RNA-kondensering av strukturella proteiner och cellulära membran-proteininteraktioner. Det gjorde det också möjligt för dem att förutsäga de faktorer som styr virussamlingen.
"Vårt arbete avslöjar nyckelingredienser och komponenter som bidrar till förpackningen av det långa genomet av SARS-CoV-2," sa Li. "De experimentella studierna om den specifika rollen för vart och ett av de flera strukturella proteinerna som är involverade i bildandet av viruspartiklar ökar i höjden men många detaljer är fortfarande oklara."
Enligt Zandi kan den insikt som presenteras i forskningsrapporten och jämförelsen av resultaten med de som observerats experimentellt ge några av dessa detaljer och informera utformningen av effektiva antivirala läkemedel för att stoppa coronavirus i monteringsstadiet.
"De fysiska aspekterna av koronavirussammansättningen som utforskas inom vår modell är av intresse inte bara för fysikaliska forskare som börjar tillämpa fysikbaserade metoder för studier av höljeförsedda virus, utan också för virologer som försöker lokalisera de viktigaste proteininteraktionerna i virussammansättning och spirande, " Hon sa. "Vi har nu en bättre förståelse för vilka interaktioner som är viktiga för packningen av arvsmassan och bildandet av viruset. Det är första gången vi har kunnat finjustera interaktionen mellan arvsmassan och proteinerna och få genomkondensationen och församlingen samtidigt."
Titeln på artikeln är "Biophysical Modeling of SARS-CoV-2 Assembly:Genome Condensation and Budding." + Utforska vidare
