Peningkatan energi pengikatan Gibbs menunjukkan infektivitas yang lebih besar dari SARS-CoV-2 BA.2.75

Read Also

Sebuah studi jurnal BioTech baru-baru ini mengeksplorasi sifat termodinamika, seperti tingkat pengikatan antigen-reseptor dan energi pengikatan Gibbs, dari subvarian Omikron subvarian Omikron BA.2.75 untuk memahami peningkatan transmisibilitasnya.

Latar belakang

Mikroorganisme adalah sistem termodinamika terbuka yang melakukan interaksi biologis, kimia, dan fisik dengan lingkungan. Studi sebelumnya tentang termodinamika interaksi ini telah mengeksplorasi kekuatan pendorong untuk pertumbuhan mikroorganisme dan paralel kalorimetrik antara hukum termodinamika dan evolusi biologis. Selain itu, sifat termodinamika virus seperti monkeypox dan virus Vaccinia juga telah dipelajari.

Ribonucleic acid (RNA) dari SARS-CoV-2 telah bermutasi untuk menghasilkan varian dengan sifat infektivitas dan penghindaran kekebalan yang berbeda. SARS-CoV-2 menginfeksi sel inang dengan mengikat trimer protein lonjakannya ke reseptor angiotensin-converting enzyme 2 (ACE-2).

Peningkatan infektivitas beberapa varian SARS-CoV-2 dapat dijelaskan dengan peningkatan pengikatan antara protein lonjakan dan reseptor ACE-2. Dengan demikian, tingkat pengikatan reseptor dan energi pengikatan bebas Gibbs dapat dibandingkan antar varian untuk menilai infektivitas.

Tentang studi

Penelitian ini menggunakan literatur yang ada untuk mendapatkan konstanta kesetimbangan disosiasi, serta konstanta asosiasi dan laju disosiasi, untuk reseptor ACE-2 ke protein lonjakan varian SARS-CoV-2 yang berbeda.

Energi pengikatan Gibbs dihitung menggunakan konstanta keseimbangan disosiasi, yang kemudian digunakan untuk menghitung laju pengikatan protein lonjakan ke reseptor ACE-2 untuk masing-masing varian SARS-CoV-2. Pendekatan kinetik, eksponensial, dan termodinamika digunakan untuk menentukan tingkat masuk varian SARS-CoV-2.

Pendekatan kinetik didasarkan pada hukum aksi massa dan menggunakan konstanta laju asosiasi dan disosiasi, sedangkan pendekatan eksponensial menggunakan persamaan eksponensial berdasarkan termodinamika nonequilibrium. Pendekatan termodinamika menerapkan persamaan fenomenologis yang mengikat.

Temuan studi

Energi ikat Gibbs dari SARS-CoV-2 Omikron subvarian BA.2,75 adalah -49,41 kJ/mol, sedangkan BA.4 dan BA.5 masing-masing adalah -45,81 kJ/mol dan -44,95 kJ/mol.

Varian BA.2.75 yang membawa mutasi N460K juga memiliki tingkat masuk tertinggi 1,49 × 10^-15 M/s dibandingkan dengan BA.2 dan BA.5, yang memiliki tingkat 6,58 × 10^-17 M/s dan 1,19 × 10^-17 M/s, masing-masing. Tingkat pengikatan varian Omicron SARS-CoV-2 meningkat dari BA.2 menjadi BA.5.

Penyebaran SARS-CoV-2 tergantung pada infektivitas dan patogenisitasnya. Infektivitas ditentukan oleh laju masuknya virus ke dalam sel yang rentan, sedangkan patogenisitas mencerminkan laju multiplikasi virus di dalam sel inang.

Masuknya SARS-CoV-2 tergantung pada interaksi antara protein lonjakannya dan reseptor ACE-2 inang, yang ditentukan oleh energi pengikatan Gibbs. Mutasi pada protein lonjakan mengubah interaksi antara antigen dan reseptor, sehingga mengubah sifat termodinamika tertentu, seperti keseimbangan disosiasi dan konstanta laju.

Tingkat masuk yang lebih tinggi dan energi pengikatan Gibbs untuk subvarian Omicron BA.2.75 kemungkinan menjelaskan infektivitas yang lebih besar dari BA.2.75 dibandingkan dengan subvarian dominan lainnya BA.4 dan BA.5. Selain itu, karakteristik ini juga dapat menunjukkan bahwa BA.2.75 dapat menjadi subvarian Omikron SARS-CoV-2 yang dominan secara global berikutnya.

Mutasi S446G dan N460K di BA.2.75 meningkatkan sifat penghindaran netralisasinya. Penghindaran kekebalan kemungkinan memberikan subvarian keuntungan dalam membangun dominasi global dengan meningkatkan transmisibilitas.

Namun, temuan penelitian menunjukkan bahwa penghindaran kekebalan saja tidak bertanggung jawab atas peningkatan infektivitas. Faktanya, energi Gibbs yang lebih tinggi dari pengikatan dan tingkat masuk juga tampaknya meningkatkan infektivitas subvarian dengan meningkatkan tingkat protein lonjakan dan pengikatan reseptor ACE-2.

Sejak awal pandemi penyakit coronavirus 2019 (COVID-19), beberapa varian dan subvarian SARS-CoV-2 telah muncul dengan mutasi yang meningkatkan pengikatan antigen dan pelepasan kekebalan. Selanjutnya, varian virus baru telah bersaing dengan varian dominan yang ada, dengan beberapa yang berhasil menggantikan varian yang lebih lama dan mencapai dominasi global.

Mutasi pada varian SARS-CoV-2 yang muncul mengubah sifat termodinamika pengikatan antigen, karena mengakibatkan perubahan kimia dalam struktur protein. Parameter termodinamika, seperti energi pengikatan Gibbs dan laju masuk, dapat menjadi indikator peningkatan infektivitas. Dengan demikian, informasi ini dapat membantu memprediksi potensi dominasi varian baru.

Kesimpulan

Temuan penelitian menunjukkan bahwa energi pengikatan Gibbs yang lebih tinggi dan tingkat masuk yang lebih besar dari subvarian SARS-CoV-2 Omicron BA.2.75 bertanggung jawab atas peningkatan infektivitasnya dan memprediksi potensi dominasi globalnya dalam waktu dekat.

Journal reference:

Popovic, M. (2022) Omicron BA.2.75 Subvariant of SARS-CoV-2 Is Expected to Have the Greatest Infectivity Compared with the Competing BA.2 and BA.5, Due to Most Negative Gibbs Energy of Binding. BioTech. 11(45). doi:10.3390/biotech11040045.