In silico screening – hledání adjuvantních léků proti COVID-19

SARS-CoV-2 (severe acute respiratory syndrome coronavirus 2) patří mezi betakoronaviry, jedná se o jednovláknové RNA viry s pozitivní polaritou, jejichž genom patří k nejdelším mezi RNA viry. Jejich RNA je na 5’-konci zakončena tzv. „čepičkou“, která chrání virovou RNA před přirozenou imunitou buněk, degradací buněčnými enzymy a zároveň zprostředkovává zahájení přepisu této RNA do struktury proteinu, na druhé straně je virová RNA zakončena sekvencí za sebou následujících adenosinových nukleotidů (tzv. polyadenylová skupina). Tyto modifikace na obou koncích umožňují translaci a zvyšují stabilitu RNA v buňkách, buňky ji pak vlastně považují za vlastní mRNA a podobně s ní i nakládají. Vlastní genom SARS-CoV-2 obsahuje 14 otevřených čtecích rámců. Hlavní čtecí rámec ORF 1ab kóduje 2 překrývající se polyproteiny (pp1a, pp1ab), které jsou po translaci „rozstříhány“ hlavní proteázou M^pro (označovanou také jako 3CL^pro) a proteázou podobnou papainu (PLpro) na 16 různých proteinů (označovaných jako nsp1-16 – z anglického „non-structural protein“). Tyto proteiny se následně účastní sestavení složitého proteinového komplexu tzv. replikázy. Ta je zodpovědná za kopírování koronavirové RNA a její přepis do struktury proteinů. Vhodným cílem léčby onemocnění COVID-19 se jeví hlavní proteáza SARS-CoV-2 Mpro, protože na rozdíl od ostatních enzymů, štěpí M^pro výlučně polypeptidové sekvence po glutaminovém zbytku a podle současných nejlepších znalostí nejsou známy žádné proteázy lidské hostitelské buňky s touto specifitou.¹
V současnosti se při vědeckém pátrání po vhodných antivirových léčivech hojně uplatňují nástroje pro screening in silico (počítačové simulace). Při tomto procesu jsou knihovny přírodních nebo syntetických sloučenin filtrovány např. pomocí dokování a počítačové predikce vlastností tak, aby vznikly menší sady kandidátů vhodných na biologické testování. Tento racionální přístup proces objevování léčiv velmi zefektivňuje, ale přesto lze v současné odborné literatuře najít pouze přírodní látky vhodné pro léčbu onemocnění COVID-19 vybrané in silico metodami a ne biologickými.
In silico screening 267 látek obsažených v Curcuma longa odhalil, že přibližně 5 sloučenin vykazuje těsnou vazbu na aktivní místo SARS-CoV-2 M^pro, což dokazuje přítomnost více než jednoho inhibitoru v jediném přírodním produktu a tedy naznačuje jeho potenciál pro další testování jako terapeutikum COVID-19.² Autoři jiného experimentálního screeningu malé databáze 150 přírodních sloučenin prokázaly molekulárními simulacemi, že na aktivní místo SARS-CoV-2 M^pro je schopný se vázat kvercetin, jehož dobře známé farmakokinetické vlastnosti z něj dělají dalšího vhodného kandidáta na léčbu COVID-19.³ O některých flavonoidech je známo, že inhibují M^pro ze SARS-CoV, jehož sekvenční identita je z 96 % shodná s SARS-CoV-2, proto byla zkoumána také knihovna flavonoidů a bylo zjištěno, že baicalin, herbacetin a pectolinarin blokují proteolytickou aktivitu SARS-CoV-2 M^pro.⁴ Při použití bioinformatického přístupu ke screeningu sloučenin z indického koření vykazoval nejvyšší vazebnou afinitu a silné stabilní interakce s aminokyselinovými zbytky přítomnými na aktivním místě SARS-CoV-2 M^pro karnosol. Silnou a stabilní vazebnou afinitu společně s příznivými farmakokinetickými vlastnostmi vykazoval také arjunglukosid a rosmanol.⁵ Při hodnocení 40 přírodních látek obsažených ve Withania somnifera odhalila dokovací studie, že Withanosid V má silnou vazebnou afinitu a interakce s vodíkovou vazbou s aktivním místem proteinu naznačuje jeho stabilitu v aktivním místě.⁶ Jiná studie potvrdila možnost využití i dalších rostlin používaných v ayurvédě jako je Tinospora cordifolia a Ocimum sanctum.⁷ S vysoce konzervovanými zbytky proteáz koronavirů interagovala také bioaktivní složka propolisu fenylester kyseliny kávové. Data získaná simulací molekulární dynamiky předpovídají, že tato přírodní sloučenina má slibný potenciál pro inhibici funkční aktivity SARS-CoV-2 M^pro.⁸ Při jiném molekulovém dokování vykazoval prominentní interakci s SARS-CoV-2 Mpro glycyrrhizin, β-sytosterol, bicylogermecrene, tryptanthrine, indirubin, indican, hesperetin, berberin, rhein a indigo. ⁹ Simulace molekulového dokování a molekulové dynamiky v kombinaci s výpočtem volné energie ukázala, že kyselina ursolová, karvakrol a kyselina oleanolová by taktéž mohly sloužit jako potenciální inhibitory při regulaci funkce proteinu M^pro a řízení replikace viru.¹⁰ Stejně tak výsledky molekulového dokování naznačují, že dobrým kandidátem na prevenci a léčbu SARS-CoV-2 může být alliin.¹¹ Při in silico hodnocení polyfenolů zeleného čaje pouze epigalokatechin galát, epikatechin galát a galokatechin galát silně interagovaly s jedním nebo oběma katalytickými zbytky, tyto polyfenoly měly i příznivé farmakokinetické vlastnosti.¹²
Příroda poskytuje obrovskou zásobu léčivých sloučenin, ze které je možné získat inovativní nápady na terapii virových onemocnění. Ať už se jedná o antiadhezivní látky, které interagují s receptorem, který zprostředkovává rozpoznání a časnou interakci virů s hostitelskými buňkami nebo o esenciální oleje, které interagují přímo s virovými membránami a snižují zánětlivé reakce hostitele nebo o látky, které stimulují imunitní systém nebo o látky blokující důležité enzymy viru. In silico experimenty vypadají slibně, ovšem přes preklinické ke klinickým studiím je ještě dlouhá cesta. Aktuálně je důležité využít znalosti o přírodních látkách a pečlivě posoudit, jak je smysluplně využít při adjuvantní léčbě respiračních infekcí.¹³

Mgr. Věra Klimešová 
Laboratoře aplikovaného výzkumu a vývoje společnosti Fytopharma