23681

BIO2 1022

كارشناسي ارشد

بيوشيمي

علوم و فناوري‌‌‌هاي زيستي

1402/11/25

99 ص.

محمدرضا گنجعلي خاني

داكينگ مولكولي , غربالگري مجازي , پپتيدهاي مهاري , ويروس كرونا , بيوانفورماتيك

شناخت كرونا ويروس نوين (SARS-CoV-2) كه جديدترين ويروس شناخته شده از خانواده ويروس‌هاي كرونا است در اواخر دسامبر سال 2019 در شهر ووهان چين انجام شد. اين ويروس عامل ايجادكننده بيماري تنفسي است و طبق آمار تاكنون بيش از 219 كشور را درگير كرده و همچنان در موقعيت‌هاي همه‌گير اخير در سراسر جهان مسئول مرگ‌هاي ناخواسته بي‌شماري در ميان مردم شده است. به همين دليل نياز به درك از عملكرد اين ويروس جديد و توسعه داروهاي پيشگيرانه و درماني وجود دارد. ازآنجايي‌كه توسعه دارو يك مسير پرهزينه و شديدا وقت‌گير است، استفاده از رويكردهاي بيوانفورماتيكي جهت پيشگويي نسبي پاسخ به درمان و نيز راه‌كارهاي تحقيقاتي از جمله ژنوميك، و مدل‌سازي مولكولي‌هاي نقاط قوت ارزشمندي را ارائه مي‌دهند. درمان اصلي اين ويروس تاكنون استفاده از داروهاي ضد ويروسي بوده است كه توانايي ويروس‌ها را براي ورود به سلول‌ها ضعيف مي‌كند و از تكثير يا انتقال آن¬ها از سلول‌هاي آلوده به سلول‌هاي ديگر جلوگيري مي‌كند. امروزه پپتيدهاي درماني نقش قابل‌توجهي در علم پزشكي ايفا كرده‌اند و با توجه به آخرين پيشرفت‌هاي به‌دست‌آمده در زمينه پپتيد چند سالي است كه استفاده از اين دسته از درمان‌‌ها افزايش داشته و داروهاي پپتيدي بسيار مورد توجه قرار گرفتند. هدف اصلي اين تحقيق، طراحي پپتيدهاي مهاركننده عليه پروتئين Mpro با استفاده از روش افزايشي يك طرفه و دو طرفه، جهت استفاده در درمان بيماري كرونا بوده و جهت انجام آن از نرم‌افزارهاي بيوانفورماتيكي مانند داكينگ مولكولي و غربالگري مجازي استفاده شد. به اين منظور پروتئين Mpro ويروس كرونا كه در مسير درمان بيماري كرونا نقش دارد، مورد بررسي قرارگرفته و در مطالعات داكينگ وارد شد. براي انجام اين تحقيق، پس از بدست آوردن ليگاند و گيرنده و بهينه كردن آن داكينگ مولكولي انجام شد و در هر مرتبه كه اين كار انجام گرفت ابعاد متفاوتي براي جعبه تنظيم شد. درنهايت داكينگي كه مطلوب‌ترين انرژي اتصال و مناسب‌ترين موقعيت را داشت به عنوان كنترل مثبت نهايي انتخاب گرديد. سپس كتابخانه‌هاي پپتيدي با طول 2 تا 10 آمينواسيد طراحي و در نهايت غربالگري شدند و به دنبال آن كمپلكس پروتئين-پپتيد حاصل از غربالگري با كمپلكس پروتئين-مهار كننده (كنترل مثبت) مورد مقايسه قرار گرفتند. سپس در ادامه با رسم سه نمودار‌ بر اساس پارامترهاي مختلف مثل: طول پپتيد، بيشترين، كمترين و ميانگين انرژي اتصال پپتيد تحليل و توضيح دقيق‌تر نتايج انجام شد. در نهايت نتايج حاصل از غربالگري پپتيدهايي با توالي 10 اسيدآمينه (يك طرفه) به همراه گيرنده Mpro، نتايج بهتري نسبت به ساير پپتيدها اعم از پپتيدهاي يك طرفه و دو طرفه نشان دادند. نتايج اين مطالعه مشخص كرد كه با افزايش طول پپتيد، اتصالات بهتري برقرار مي‌شود و انرژي منفي‌تري به دست مي‌آيد. به‌عبارت‌ديگر، با افزايش طول پپتيدها، توان اثر مهاركنندگي آن‌ها نيز افزايش يافت و اين مي‌تواند براي طراحي داروهاي جديد و بهبود يافته مورد استفاده قرارگيرد.

Molecular docking , virtual screening , inhibitory peptides , coronavirus , bioinformatics

Inhibitory peptide design for Mpro protein from SARS-CoV-2 using uni- and bi-directional incremental construction method

زيست شناسي سلولي مولكولي و ميكروبيولوژي

The identification of the novel coronavirus (SARS-CoV-2), the latest known virus from the coronavirus family, was carried out in late December 2019 in the city of Wuhan, China. This virus is the cause of a respiratory disease and has affected more than 219 countries to date, causing countless unintended deaths among people in recent global pandemic situations. Therefore, there is a need to understand the function of this new virus and to develop preventive and therapeutic drugs. Since drug development is a highly expensive and time-consuming process, the use of bioinformatics approaches for predicting relative responses to treatment and for research solutions such as genomics, and molecular modeling provide valuable insights. The primary treatment for this virus has been the use of antiviral drugs, which weaken the ability of viruses to enter cells and prevent their replication or transmission from infected cells to other cells. Today, therapeutic peptides have played a significant role in medical science, and with the latest advances in peptide research, the use of these therapies has increased in recent years, and peptide drugs have received much attention. The main aim of this research was to design inhibitory peptides against the Mpro protein using using uni- and bi-directional incremental construction method for use in the treatment of coronavirus disease. To achieve this, bioinformatics software such as molecular docking and virtual screening were used. For this purpose, the Mpro protein of the coronavirus, which plays a role in the treatment of coronavirus disease, was investigated and entered into docking studies. After obtaining and optimizing the ligand and receptor, molecular docking was performed, and each time this was done, different dimensions were set for the adjustment box. Ultimately, the docking with the most desirable binding energy and the most suitable position was selected as the final positive control. Then, peptide libraries with lengths of 2 to 10 amino acids were designed and screened, and subsequently, the protein-peptide complex resulting from screening was compared with the protein-inhibitor complex (positive control). Then, three graphs were plotted based on various parameters such as peptide length, maximum, minimum, and average binding energies of the peptides were analyzed and explained in more detail. The results showed that with an increase in peptide length, better connections were established, and more negative energy was obtained. In other words, with an increase in peptide length, their inhibitory effect also increased, which can be used for the design of new and improved drugs.

4

فرزانه محمدي فارساني

33705