Vekovima su koronavirusi izazivali zdravstvene krize i ekonomske izazove, a nedavni primer je SARS-CoV-2, koronavirus koji širi COVID-19. Jedan mali protein u SARS-CoV-2, membranski protein, ili M protein, je najzastupljeniji i igra ključnu ulogu u tome kako virus dobija svoju sferičnu strukturu. Bez obzira na to, svojstva ovog proteina nisu dobro shvaćena.
Istraživački tim koji je predvodio fizičar sa Univerziteta Kalifornije, Riverside, osmislio je novu metodu za proizvodnju velikih količina M proteina i okarakterisao fizičke interakcije proteina sa membranom – omotačem, ili „kožom“ – virus. Teorijsko modeliranje i simulacije tima pokazuju kako ove interakcije verovatno doprinose samom sastavljanju virusa.
Istraživači izvještavaju u svom radu pod naslovom „Sinteza, umetanje i karakterizacija membranskog proteina SARS-CoV-2 unutar lipidnih dvosloja“, objavljenom u časopisu Napredak nauke, da kada M protein, koji je u blizini šiljastog proteina na SARS-CoV- 2, zaglavi se u membrani, nagovara membranu da se zakrivi tako što lokalno smanjuje debljinu membrane. Ova indukcija zakrivljenosti dovodi do sfernog oblika SARS-CoV-2.
„Ako možemo bolje da razumemo kako se virus sam sastavlja, onda, u principu, možemo da smislimo načine da zaustavimo taj proces i kontrolišemo širenje virusa“, rekao je Tomas E. Kulman, docent fizike i astronomije, koji vodio istraživački projekat. „M protein se ranije odupirao bilo kakvoj karakterizaciji jer ga je tako teško napraviti.“
Kulman i njegove kolege su prevazišli ovu poteškoću koristeći bakteriju Escherichia coli kao „fabriku“ za proizvodnju M proteina u velikom broju. Kuhlman je objasnio da iako E. coli može da proizvodi velike količine M proteina, proteini imaju tendenciju da se zgrudavaju u ćelijama E. coli, na kraju ih ubijajući. Da bi zaobišli ovaj izazov, istraživači su indukovali ćelije E. coli da proizvode protein Small Ubikuitin-related Modifier, ili SUMO, zajedno sa M proteinom.
„U našim eksperimentima, kada E. coli stvara M protein, istovremeno stvara SUMO“, rekao je Kuhlman. „M protein se spaja sa SUMO proteinom, što sprečava da se M proteini lepe jedan za drugi. SUMO protein se relativno lako uklanja preko drugog proteina koji ga jednostavno preseče. M protein se tako prečišćava i odvaja od SUMO-a.“
Rad pruža fundamentalni uvid u mehanizme koji pokreću sastavljanje virusa SARS-CoV-2.
„Kako su M proteini sastavna komponenta i drugih koronavirusa, naši nalazi pružaju korisne uvide koji mogu poboljšati naše razumevanje i potencijalno omogućiti intervencije u formiranju virusa ne samo kod SARS-CoV-2 već i kod drugih patogenih koronavirusa“, rekao je Kulman.
Zatim, istraživači planiraju da prouče interakcije M proteina sa drugim SARS-CoV-2 proteinima kako bi potencijalno poremetile ove interakcije sa lekovima.
Kuhlmanu su se u istraživanju pridružili kolege fizičari iz UCR-a Roja Zandi i Umar Mohidin. Kuhlman je optužen za pravljenje M proteina. Mohidin, ugledni profesor fizike i astronomije, koristio je mikroskopiju atomske sile i kriogenu elektronsku mikroskopiju da bi izmerio kako M protein interaguje sa membranom.
Zandi, stručnjak za sastavljanje virusa i profesor fizike i astronomije, razvio je simulacije o tome kako M proteini interaguju jedni sa drugima i sa membranom.
