کشف دارو به روش In silico برای متابولیت‌های اصلی ادویه‌ها به عنوان بازدارنده‌های پروتئاز اصلی SARS-CoV-2

بیماری کوروناویروس ۲۰۱۹ (COVID-19) یک بیماری عفونی است که توسط سندرم حاد تنفسی شدید کوروناویروس ۲ (SARS-CoV-2) ایجاد می‌شود، که ابتدا در ووهان، چین شناسایی شد (دسامبر ۲۰۱۹) و از آن زمان تبدیل به یک پاندمی شده است. در این مطالعه، ما متابولیت‌های موجود در چند ادویه رایج را به عنوان مهارکننده‌های احتمالی COVID-19 بررسی می‌کنیم. به طور خاص، ۳۲ ترکیب جداشده از ۱۴ ادویه غذایی به عنوان مهارکننده‌های پروتئاز اصلی SARS-CoV-2 (Mpro) که برای تکثیر ویروس ضروری است، مورد بررسی قرار گرفتند.

با استفاده از رویکرد کشف دارو به منظور شناسایی رهیافت‌های احتمالی ضدویروسی، مطالعات مولکولی شبیه‌سازی شده (in silico) انجام شد. محاسبات داکینگ نشان داد که اسید سالویانولیک A و کورکومین به عنوان مهارکننده‌های Mpro دارای قدرت بالایی هستند و انرژی‌های اتصال به ترتیب −۹.۷ و −۹.۲ کیلوکالری بر مول می‌باشند.تحلیل حالت اتصال نشان داد که اسید سالویانولیک A و کورکومین توانایی تشکیل به‌ترتیب نه و شش پیوند هیدروژنی با اسیدهای آمینه نزدیک به سایت فعال پروتئاز اصلی (Mpro) دارند. پایداری و تمایل به اتصال این دو ماده طبیعی شناسایی شده در طول شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی 40 نانوثانیه‌ای محاسبه شده و با یک مهارکننده پروتئاز ضد ویروسی (لوپیناویر) مقایسه شد.

محاسبات انرژی سطحی مکانیک مولکولی-جنرالیزه شده Born نشان داد که اسید سالویانولیک A تمایل بیشتری نسبت به آنزیم در مقایسه با کورکومین و لوپیناویر دارد، با انرژی‌های −44.8، −34.2 و −34.8 کیلوکالری بر مول به‌ترتیب. با استفاده از پایگاه داده STRING، تعاملات پروتئین-پروتئین برای اسید سالویانولیک A شامل ژن‌های سیگنال‌دهی بیوشیمیایی ACE، MAPK14 و ESR1 شناسایی شد؛ و برای کورکومین، EGFR و TNF شناسایی گردید. این مطالعه اسید سالویانولیک A را به عنوان یک مهارکننده طبیعی در شبیه‌سازی رایانه‌ای علیه پروتئاز اصلی SARS-CoV-2 معرفی کرده و یک پیش‌ماده امیدبخش برای آزمایش‌های آنزیمی در شرایط آزمایشگاهی فراهم می‌کند.

Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) is an infectious illness caused by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), originally identified in Wuhan, China (December 2019) and has since expanded into a pandemic. Here, we investigate metabolites present in several common spices as possible inhibitors of COVID-19. Specifically, 32 compounds isolated from 14 cooking seasonings were examined as inhibitors for SARS-CoV-2 main protease (Mpro), which is required for viral multiplication. Using a drug discovery approach to identify possible antiviral leads, in silico molecular docking studies were performed.

Docking calculations revealed a high potency of salvianolic acid A and curcumin as Mpro inhibitors with binding energies of −9.7 and −9.2 kcal/mol, respectively. Binding mode analysis demonstrated the ability of salvianolic acid A and curcumin to form nine and six hydrogen bonds, respectively with amino acids proximal to Mpro’s active site. Stabilities and binding affinities of the two identified natural spices were calculated over 40 ns molecular dynamics simulations and compared to an antiviral protease inhibitor (lopinavir). Molecular mechanics-generalized Born surface area energy calculations revealed greater salvianolic acid A affinity for the enzyme over curcumin and lopinavir with energies of −44.8, −34.2 and −34.8 kcal/mol, respectively.

Using a STRING database, protein-protein interactions were identified for salvianolic acid A included the biochemical signaling genes ACE, MAPK14 and ESR1; and for curcumin, EGFR and TNF. This study establishes salvianolic acid A as an in silico natural product inhibitor against the SARS-CoV-2 main protease and provides a promising inhibitor lead for in vitro enzyme testing.