Micrografia elettronica a trasmissione di particelle di virus SARS-CoV-2 isolate da un paziente. Credito:NIAID
Un fisico dell'Università della California, Riverside, e il suo ex studente laureato hanno modellato con successo per la prima volta la formazione di SARS-CoV-2, il virus che diffonde il COVID-19.
In un articolo pubblicato su Virus , una rivista, Roya Zandi, professore di fisica e astronomia all'UCR, e Siyu Li, ricercatore post-dottorato presso il Songshan Lake Materials Laboratory in Cina, offrono una comprensione generale dell'assemblaggio e della formazione di SARS-CoV-2 dai suoi componenti costitutivi .
"Capire l'assemblaggio virale è sempre stato un passaggio chiave che porta a strategie terapeutiche", ha detto Zandi. "Numerosi esperimenti e simulazioni di virus come l'HIV e il virus dell'epatite B hanno avuto un notevole impatto nel chiarire il loro assemblaggio e nel fornire i mezzi per combatterli. Anche le domande più semplici relative alla formazione di SARS-CoV-2 rimangono senza risposta".
Zandi ha spiegato che un passaggio fondamentale nel ciclo di vita di qualsiasi virus è il confezionamento del suo genoma in nuovi virioni o particelle virali. Questo è un compito particolarmente impegnativo per i coronavirus, come SARS-CoV-2, con i loro genomi di RNA molto grandi. In effetti, i coronavirus hanno il genoma più grande conosciuto per un virus che utilizza l'RNA come materiale genetico.
SARS-CoV-2 ha quattro proteine strutturali:busta (E), membrana (M), nucleocapside (N) e punta (S). Le proteine strutturali M, E e N sono essenziali per l'assemblaggio e la formazione dell'involucro virale, lo strato più esterno del virus che protegge il virus e aiuta a facilitare l'ingresso nelle cellule ospiti. Questo processo si verifica sulla membrana del compartimento intermedio del reticolo endoplasmatico del Golgi, o ERGIC, un complesso sistema di membrane che fornisce al coronavirus il suo involucro lipidico. L'assemblaggio dei coronavirus è unico rispetto a molti altri virus poiché questo processo avviene sulla membrana ERGIC.
La maggior parte degli studi computazionali fino ad oggi utilizza modelli a grana grossa in cui vengono utilizzati solo i dettagli rilevanti su scale di grandi dimensioni per imitare i componenti virali. Nel corso degli anni, i modelli a grana grossa hanno spiegato diversi processi di assemblaggio dei virus che hanno portato a importanti scoperte.
"In questo articolo, utilizzando modelli a grana grossa, siamo stati in grado di modellare con successo la formazione di SARS-CoV-2:le proteine N condensano l'RNA per formare il complesso RNP compatto, che interagisce con le proteine M che sono incorporate in la membrana lipidica", ha detto Zandi.
Ha aggiunto che il "germogliamento", ovvero quando una parte della membrana inizia a curvarsi, completa la formazione del virus. Il modello sviluppato da Zandi e Li ha permesso loro di esplorare i meccanismi di oligomerizzazione delle proteine, condensazione dell'RNA da parte di proteine strutturali e interazioni membrana cellulare-proteina. Ha anche permesso loro di prevedere i fattori che controllano l'assemblaggio del virus.
"Il nostro lavoro rivela ingredienti e componenti chiave che contribuiscono al confezionamento del lungo genoma di SARS-CoV-2", ha affermato Li. "Gli studi sperimentali riguardanti il ruolo specifico di ciascuna delle numerose proteine strutturali coinvolte nella formazione delle particelle virali sono alle stelle, ma molti dettagli rimangono poco chiari".
Secondo Zandi, l'intuizione presentata nel documento di ricerca e il confronto dei risultati con quelli osservati sperimentalmente potrebbero fornire alcuni di questi dettagli e informare la progettazione di farmaci antivirali efficaci per arrestare i coronavirus nella fase di assemblaggio.
"Gli aspetti fisici dell'assemblaggio del coronavirus esplorati all'interno del nostro modello sono di interesse non solo per gli scienziati fisici che iniziano ad applicare metodi basati sulla fisica allo studio dei virus con involucro, ma anche per i virologi che tentano di individuare le interazioni proteiche chiave nell'assemblaggio e nel germogliamento del virus, " lei disse. "Ora abbiamo una migliore comprensione di quali interazioni sono importanti per il confezionamento del genoma e la formazione del virus. Questa è la prima volta che siamo stati in grado di mettere a punto l'interazione tra il genoma e le proteine e ottenere la condensazione del genoma e l'assemblea contemporaneamente."
Il titolo dell'articolo è "Modellazione biofisica dell'assemblaggio SARS-CoV-2:condensazione del genoma e gemmazione". + Esplora ulteriormente
