Para comprender mejor cómo se comporta el nuevo coronavirus y cómo se puede detener, Los científicos han completado un mapa tridimensional que revela la ubicación de cada átomo en una molécula de enzima crítica para la reproducción del SARS-CoV-2.

Los investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía utilizaron la dispersión de neutrones para identificar información clave para mejorar la eficacia de los inhibidores de fármacos diseñados para bloquear el mecanismo de replicación del virus. La investigación se publica en el Revista de química biológica .

El virus SARS-CoV-2, que causa la enfermedad COVID-19, expresa largas cadenas de proteínas compuestas por aproximadamente 1, 900 residuos de aminoácidos. Para que el virus se reproduzca, esas cadenas tienen que romperse y cortarse en hebras más pequeñas por una enzima llamada proteasa principal. La enzima proteasa activa se forma a partir de dos moléculas de proteína idénticas unidas por enlaces de hidrógeno. Desarrollar un fármaco que inhiba o bloquee la actividad de la proteasa evitará que el virus se replique y se propague a otras células del cuerpo.

"Esta nueva información es exactamente lo que se necesita para diseñar inhibidores con un mayor grado de especificidad, asegurarse de que las moléculas inhibidoras se unan muy estrechamente a sus objetivos previstos y deshabilitan la proteasa, "dijo Andrey Kovalevsky de ORNL, Autor correspondiente.

Los experimentos con neutrones revelaron por primera vez que el sitio que contiene los aminoácidos donde se cortan las cadenas de proteínas se encuentra en un estado reactivo cargado eléctricamente y no en un estado de reposo o neutro. contrario a creencias previamente sostenidas. Segundo, mapearon la ubicación de cada átomo de hidrógeno en los lugares donde los inhibidores se unirían a la enzima proteasa, así como las cargas eléctricas de los aminoácidos asociados. Los experimentos también trazaron la red completa de enlaces de hidrógeno entre las moléculas de proteína que mantienen unida a la enzima y le permiten iniciar el proceso químico de cortar las cadenas de proteínas.

"La mitad de los átomos de las proteínas son hidrógeno. Esos átomos son actores clave en la función enzimática y son esenciales para la unión de los fármacos. "Dijo Kovalevsky." Si no sabemos dónde están esos hidrógenos y cómo se distribuyen las cargas eléctricas dentro de la proteína, no podemos diseñar inhibidores efectivos para la enzima ".

El estudio de neutrones del equipo se basa en investigaciones anteriores publicadas en la revista. Comunicaciones de la naturaleza , creando una estructura atómica completa de la enzima proteasa. Los investigadores también pusieron sus datos a disposición de la comunidad científica antes de que se publicaran ambos artículos para acelerar las soluciones a la pandemia mundial.

Los neutrones son sondas ideales para estudiar estructuras biológicas porque no son destructivos y son muy sensibles a elementos ligeros como el hidrógeno. Los experimentos de dispersión de neutrones se realizaron en el reactor de isótopos de alto flujo y en la fuente de neutrones de espalación en ORNL. Las muestras de proteínas se sintetizaron en instalaciones adyacentes del Centro de Biología Molecular Estructural.

"Esta podría ser la estructura de neutrones más rápida de una proteína jamás producida. Comenzamos los experimentos de neutrones en mayo, y dentro de cinco meses, obtuvimos y publicamos nuestros resultados. Eso es algo que suele llevar años, ", dijo el autor correspondiente de ORNL, Leighton Coates." Este trabajo demuestra lo que podemos hacer en Oak Ridge. Todo se hizo aquí de principio a fin. Las proteínas se expresaron, purificado y cristalizado, y todos los datos se recopilaron y analizaron en el sitio, un enfoque completamente integrado verticalmente ".

El equipo ahora utilizará la información recién obtenida para investigar las propiedades de unión de las moléculas de fármaco candidatas para producir terapias de COVID-19 mejoradas.

"No solo es la primera vez que alguien obtiene una estructura de neutrones de una proteína de coronavirus, pero también es la primera vez que alguien observa esta clase de enzimas proteasas usando neutrones, "dijo Daniel Kneller de ORNL, el primer autor del estudio. "Es un ejemplo sobresaliente de cristalografía de neutrones que sirve a la comunidad cuando más lo necesita".