BS Lê Đình Sáng (Dịch và tổng hợp, nguồn: Medical News)

Một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Frontiers in Molecular Biosciences đã áp dụng các phương pháp tính toán để nghiên cứu các cơ chế liên kết của các protein gai của Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) và SARS-CoV với thụ thể enzyme chuyển đổi angiotensin 2 (ACE2) ở người.

Nghiên cứu: Protein gai của SARS-COV và SARS-COV-2 sử dụng các cơ chế khác nhau để liên kết với ACE2 ở người. Ảnh: Kateryna Kon/Shutterstock.com

Cơ sở lý luận của nghiên cứu

Bệnh coronavirus 2019 (COVID-19), do nhiễm SARS-CoV-2, đã gây ra hơn 6,6 triệu ca tử vong kể từ khi phát hiện ban đầu vào cuối năm 2019.

Ngoài SARS-CoV-2, các loại virus khác thuộc họ Coronaviridae bao gồm coronavirus hội chứng hô hấp Trung Đông (MERS-CoV) và SARS-CoV, cả hai đều dẫn đến dịch bệnh lần lượt vào năm 2012 và 2003. Các coronavirus này bao gồm bốn protein cấu trúc chính, trong đó bao gồm S, Vỏ (E), màng (M) và protein nucleocapsid (N).

Mặc dù cấu trúc của protein SARS-CoV-2 và SARS-CoV S là tương tự nhau, nhưng ái lực liên kết của protein SARS-CoV-2 S với thụ thể ACE2 cao hơn nhiều so với SARS-CoV, có thể dẫn đến khả năng lây truyền tăng lên của nó.

Kết quả nghiên cứu

Khi so sánh các protein SARS-CoV và SARS-CoV-2 S, các đột biến đã được phân phối rộng rãi trên khắp bề mặt của protein gai của SARS-CoV-2 . Cụ thể hơn, các đột biến hiện diện trong vùng liên kết thụ thể (RBD) của protein gai liền kề với giao diện tương tác trực tiếp với thụ thể ACE2 đã được quan sát. Những phát hiện này chỉ ra rằng các cơ chế mà protein gai của SARS-CoV và SARS-CoV-2 liên kết và tương tác với thụ thể ACE2 là vô cùng khác nhau.

Cấu trúc tổng thể của cả RBD protein gai SARS-CoV và SARS-CoV-2 được phát hiện là rất giống nhau. Tuy nhiên, sự khác biệt nhất định trong một số vòng lặp đã được xác định và có thể được quy cho tính linh hoạt của vòng lặp cao và sự khác biệt trong các axit amin bao gồm các protein virus này.

Điều tra về sự khác biệt bề mặt tĩnh điện giữa hai protein virus chỉ ra rằng giao diện liên kết ACE2 chủ yếu là âm, trong khi giao diện của protein gai RBD là dương. Hơn nữa, RBD protein gai SARS-CoV-2 thể hiện mức độ hấp dẫn lớn hơn đối với thụ thể ACE2 so với RBD SARS-CoV. Mức độ hấp dẫn cao này có thể giải thích cho sự hình thành ngày càng tăng của các liên kết không cộng hóa trị như cầu muối và liên kết hydro giữa SARS-CoV-2 RBD và ACE2.

Một cụm dư lượng, ngoài dư lượng cầu nối muối, được SARS-CoV-2 sử dụng trong quá trình tương tác với ACE2 cũng mạnh hơn so với các cầu muối riêng lẻ.

Cả hai cấu trúc phức tạp của SARS-CoV-2 và SARS-CoV đều thể hiện sự tương đồng trong các dòng điện tích. Các đường trường kết nối ACE2 và cả hai protein gai có mật độ cao xung quanh bề mặt, do đó cho thấy lực hấp dẫn mạnh mẽ giữa protein ACE2 và RBD protein gai của cả hai loại virus.

Tuy nhiên, sự khác biệt khác nhau trong các khu vực giao diện đã được quan sát. Ví dụ, dư lượng liên quan đến đường điện trường phân bố không đều giữa các virus, vì dư lượng cầu muối được tìm thấy phân bố ở hai phía đối diện của RBD SARS-CoV và SARS-CoV-2.

SARS-CoV-2 được phát hiện là thể hiện sự phân bố liên kết hydro lớn hơn và kết nối hơn, cũng như sự phân bố tập trung hơn nhưng tách biệt hơn của các cầu muối. Hơn nữa, SARS-CoV-2 được phát hiện bao gồm năm khu vực đặc biệt chính, trong khi SARS-CoV chỉ chứa hai vùng.

So sánh lực tĩnh điện của cả RBD SARS-CoV-2 và SARS-CoV cho thấy RBD SARS-CoV-2 thể hiện lực ròng lớn hơn so với SARS-CoV-2 đơn thuần. Điều này có thể được quy cho sự khác biệt trong phân phối phí giữa hai miền ràng buộc này. Mặc dù có lực hấp dẫn yếu hơn, tính linh hoạt tăng lên của RBD SARS-CoV-2 có thể cho phép nó mở và sau đó liên kết với ACE2 một cách dễ dàng hơn.

Bốn dư lượng cầu muối được dán nhãn cho SARS-CoV RBD đã được dán nhãn, trong đó bao gồm LYS465, LYS390, ASP468 và ARG426. Trong số này, ARG426 cung cấp một lực hấp dẫn lớn hơn cho ACE2, trong khi LYS465 cung cấp một lực đẩy mạnh hơn chống lại ACE2.

Kết luận

Bất chấp những điểm tương đồng về cấu trúc giữa protein gai của SARS-CoV và SARS-CoV-2, nghiên cứu hiện tại đã báo cáo sự khác biệt lớn về cách các protein virus này liên kết và tương tác với thụ thể ACE2 của con người. Một trong những quan sát quan trọng trong nghiên cứu hiện tại là các lực hấp dẫn tồn tại giữa RBD SARS-CoV-2 và ACE2 do điện tích âm của bề mặt liên kết ACE2 so với tích điện dương của RBD SARS-CoV-2 .

Khi số ca nhiễm do SARS-CoV-2 gây ra tiếp tục gia tăng trên toàn thế giới, bắt buộc phải hiểu rõ hơn về cách loại virus này lây nhiễm sang người. Do đó, các kết quả nghiên cứu hiện tại có thể được sử dụng để thiết kế các loại thuốc và phương pháp điều trị mới có khả năng can thiệp vào cách protein gai của SARS-CoV-2 liên kết với ACE2 để gây nhiễm trùng.