Nationalgeographic.co.id - Para ilmuwan yang mempelajari enzim virus corona COVID-19 pada suhu mulai dari dingin hingga hangat di tubuh manusia menemukan perubahan struktural halus yang menawarkan petunjuk tentang cara kerja enzim. Temuan ini telah dipublikasikan di IUCrJ, jurnal International Union of Crystallography, dengan judul "The temperature-dependent conformational ensemble of SARS-CoV-2 main protease (Mpro)."
Temuan ini dapat menginspirasi desain obat baru untuk melawan COVID-19 dan mungkin membantu mencegah pandemi virus corona di masa depan.
“Tidak ada penelitian sebelumnya yang melihat enzim penting virus corona ini pada suhu fisiologis (atau tubuh),” kata Daniel Keedy, ahli biologi struktural di City University of New York (CUNY). Ia telah melakukan penelitian bekerja sama dengan para ilmuwan di Departemen AS Laboratorium Nasional Brookhaven Energi.
Sebagian besar struktur sampai saat ini berasal dari sampel beku, jauh dari suhu di mana molekul beroperasi di dalam sel hidup. "Jika Anda bekerja pada suhu fisiologis, Anda harus mendapatkan gambaran yang lebih realistis tentang apa yang terjadi selama infeksi yang sebenarnya, karena di situlah biologi terjadi," kata Keedy.
Selain itu, lanjutnya, tim menggunakan suhu sebagai alat. "Dengan memutar tombol itu dan melihat bagaimana protein bereaksi, kita bisa belajar tentang mekanismenya atau cara kerjanya secara fisik.”
Protein yang dimaksud adalah protease utama (Mpro) dari SARS-CoV-2, virus penyebab COVID-19. Seperti semua protease, ini adalah enzim yang memotong protein lain. Pada banyak infeksi virus, termasuk COVID-19, sel yang terinfeksi pada awalnya menghasilkan protein fungsional virus sebagai satu rantai protein tunggal yang terhubung. Protease memotong bagian-bagiannya sehingga protein individu dapat membuat dan merakit diri menjadi salinan baru virus. Menemukan obat untuk menonaktifkan Mpro maka akan dapat mengerem COVID-19.
Untuk mempelajari struktur enzim, para peneliti menggunakan teknik yang disebut kristalografi sinar-x di National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) Brookhaven Lab. NSLS-II adalah fasilitas pengguna DOE Office of Science yang menghasilkan berkas sinar-x yang terang. Memancarkan sinar-x pada sampel kristal molekul biologis dapat mengungkapkan susunan tiga dimensi atom yang membentuk molekul.
Akan tetapi, mempelajari sampel yang tidak dibekukan bisa menjadi tantangan.
"Semakin tinggi suhu, semakin besar kemungkinan sinar-x akan merusak kristal," jelas rekan penulis studi Babak Andi, yang mengoperasikan beamline Frontier Macromolecular Crystallography (FMX) NSLS-II.
"Untuk meminimalkan kerusakan, kami memutar dan memindahkan kristal secara linier saat bergerak melalui sinar-x. Itu mendistribusikan dosis sinar-x ke seluruh panjang kristal," katanya.
Baca Juga: Dampak Covid-19 dan Persepsi Negatif Opini Publik Terhadap Aksi Iklim
Baca Juga: Dua Tahun Pagebluk, Virus Corona dan Evolusinya yang Belum Berakhir
Baca Juga: Varian Baru Virus Corona dengan 46 Mutasi Teridentifikasi di Prancis
"Selain itu, detektor FMX dan sistem lain beroperasi sangat cepat, kami dapat mengumpulkan satu set data lengkap hanya dalam 10-15 detik per sampel. Ini dengan kualitas yang cukup baik untuk memecahkan struktur sebelum kerusakan sinar-x yang signifikan terjadi," tambahnya.
"Anda dapat menganggap Mpro sebagai semacam pita lipat, terdiri dari dua bagian identik (membentuk dimer) yang mengikat bersama secara simetris, seperti jabat tangan," kata Keedy. Pusat wilayah jabat tangan ini ("antarmuka dimer") terhubung ke situs aktif melalui wilayah loop fleksibel protein.
Seperti yang dijelaskan Keedy, para ilmuwan menemukan bahwa pada suhu yang lebih tinggi, "pegangan 'jabat tangan' berubah. Kedua komponen itu sedikit menyesuaikan cengkeramannya. Ini memberi tahu kita bahwa, ketika virus menginfeksi kita, mungkin ada semacam komunikasi melalui loop ini antara antarmuka dimer dan situs aktif," kata Keedy.
Penelitian lain menunjukkan bahwa molekul kecil seperti obat dapat mengikat enzim di beberapa lokasi jauh yang diidentifikasi dalam penelitian baru ini.
"Jika kita bisa menyempurnakan molekul ini, mengoptimalkannya, menguraikannya, mengubahnya, maka kita berpotensi memiliki pijakan baru untuk mengubah fungsi enzim—bukan di situs aktif. Karena pada dasarnya semua antivirus saat ini menargetkan untuk protein ini. Tetapi di situs yang berbeda melalui mekanisme yang berbeda," kata Keedy. "Temuan kami menyiapkan inspirasi untuk mengeksplorasi ide ini."
Kedua ilmuwan berterima kasih atas semangat kolaboratif seluruh tim. Termasuk ilmuwan tambahan di Brookhaven Lab dan CUNY, serta Diamond Light Source di Inggris.
Simak kisah-kisah selidik sains dan gemuruh penjelajahan dari penjuru dunia yang hadir setiap bulan melalui majalah National Geographic Indonesia. Cara berlangganan via bit.ly/majalahnatgeo