#CoronaVirusCoV-2019: Mengangkat Misteri Virus “Mahkota Baru” Secara Ilmiah [2]

 #CoronaVirusCoV-2019: Mengangkat Misteri Virus “Mahkota Baru” Secara Ilmiah [2]
<img src="fortunanetworks.com.jpg" alt=" #CoronaVirusCoV-2019: Mengangkat Misteri Virus “Mahkota Baru” Secara Ilmiah [2]">

FORTUNA NETWORKS.COM |#CoronaVirusCoV-2019: Mengangkat Misteri Virus “Mahkota Baru” Secara Ilmiah [2]

Artikel ini lanjutan dari threads sebelumnya. Silahkan Anda baca disini;
#CoronaVirusCoV-2019: Mengangkat Misteri Virus “Mahkota Baru” Secara Ilmiah

Dari Virus ke Kekebalan: Mengangkat Misteri “Mahkota Baru” Coronavirus alias “SARS-CoV-2” Secara Ilmiah.

Saat ini, perang melawan virus belum berakhir. Virus bersembunyi di bentuk kecil mereka, dan manusia harus memperlakukan mereka dengan bijaksana. Menghadapi “serangan” virus ini pada manusia, semua industri bekerja sama untuk melawannya.

Sejumlah besar data yang dihasilkan dalam penelitian medis dan biologi mengandung informasi dan pengetahuan yang sangat berharga, dan teknologi AI (Artificial Intelligence) telah menunjukkan potensi besar dalam ekstraksi pengetahuan dan analisis pemodelan.


Dalam artikel ini, kami menunjukkan banyak aplikasi teknologi AI 
(Artificial Intelligence) dalam analisis urutan, prediksi struktur, penelitian imunologi, dan pengembangan obat.


II. EVOLUSI VIRUS CORONA

A. Analisis hubungan evolusi berdasarkan pengelompokan hierarkis

Berdasarkan hasil penjajaran urutan, kita juga dapat melakukan pengelompokan hierarkis untuk mendapatkan hubungan dekat dan jalur evolusi antara berbagai virus.
Menurut pohon evolusi urutan coronavirus yang ditunjukkan pada gambar di bawah, kita dapat melihat bahwa SARS-CoV-2 paling dekat dengan dua coronavirus lainnya yaitu Bat-SL-CoVZC45 dan Bat-SL-CoVZXC21 dalam analisis hubungan evolusi seluruh genom.
Analisis lebih lanjut, dari tujuh coronavirus patogen yang diketahui, hubungan evolusi antara SARS-CoV dan SARS-CoV-2 adalah yang terdekat, dan hubungan evolusi dengan virus sindrom pernapasan Timur Tengah MERS-CoV, yang menyebabkan kematian jauh lebih tinggi [4].


Studi ini menunjukkan bahwa SARS-CoV-2 dan SARS-CoV memiliki hubungan evolusi yang lebih konservatif, menunjukkan bahwa coronavirus baru mungkin memiliki banyak kesamaan dengan SARS-CoV dalam hal pengikatan reseptor dan mekanisme patogen

B. Analisis dan prediksi struktur virus “Mahkota Baru”

1. Prediksi struktur protein berdasarkan pembelajaran mendalam
Jika urutan genomik dibandingkan dengan informasi identitas seseorang, struktur tiga dimensi protein adalah penampilan fisik seseorang. Analisis struktur tiga dimensi memiliki prasyarat yang sangat penting untuk mekanisme patogen "viruscorona" baru dan desain obat.
Gambar 4: Analisis evolusi #SARS-CoV-2 (2019-nCoV) (kiri atas adalah skala evolusi) [4]
Sangat menggembirakan bahwa para ilmuwan Cina telah menganalisis struktur protein tiga dimensi beresolusi tinggi yang sesuai dengan gen dari wilayah non-struktural SARS-CoV-2, dan untuk wilayah gen yang mengkode protein struktural, kami telah menjadi yang pertama.
Kami menggunakan perangkat lunak prediksi struktur 3D yang dikembangkan secara independen berdasarkan teknologi pembelajaran dalam untuk membuat prediksi struktur 3D.
Untuk SARS-CoV-2, wilayah protein S tidak diragukan lagi adalah bagian yang paling kita khawatirkan. Untuk protein S dan protein templat dengan struktur yang diketahui, pertama-tama kita menggunakan teknologi pembelajaran dalam untuk memprediksi karakteristik dasar residu asam amino tunggal dan residu asam amino berpasangan, kemudian menghitung skor dari dua keselarasan protein berdasarkan karakteristik yang diprediksi, dan akhirnya lulus.
Metode pengali arah bolak-balik digunakan untuk menyelesaikan perbandingan optimal antara keduanya. Kami mencari semua protein di pustaka struktural, memilih templat struktural terbaik, dan menghitung perbandingan optimal di antara mereka. Berdasarkan ini, kami menggunakan perangkat lunak pemodelan struktural umum untuk memprediksi struktur tiga dimensi protein 'S'.
Kami secara struktural menyelaraskan struktur protein 'S' yang diprediksi (Gambar 5, struktur biru di sebelah kiri di bawah) dengan protein 'S' dari SARS-CoV (Gambar 5, struktur merah di sebelah kiri di bawah).
Hasilnya menunjukkan bahwa tinggi protein S yang diprediksi dan wilayah yang sesuai dengan SARS-CoV secara struktural tingginya serupa. Berdasarkan hasil di atas, kami berspekulasi bahwa meskipun kesamaan urutan gen antara SARS-CoV-2 dan SARS-CoV di wilayah protein S tidak tinggi, keduanya mungkin serupa dalam struktur protein yang sebenarnya.
Selain itu, kami membandingkan struktur protein 'S' yang diprediksi (Gambar 5, struktur biru di photo kanan bawah) dengan struktur tiga dimensi yang diprediksi oleh kelompok Yang Zhang dari University Michigan,USA. menggunakan perangkat lunak CI-TASSER [5] (struktur merah di photo kanan bawah), kecuali beberapa di sebelah photo kiri. Struktur spiral berbeda, dan struktur keseluruhan yang diprediksi oleh kedua kelompok studi sangat mirip.
<img src="fortunanetworks.com.jpg" alt=" #CoronaVirusCoV-2019: Mengangkat Misteri Virus “Mahkota Baru” Secara Ilmiah [2]">

C. Inferensi Mekanisme Pengikat Host-Virus “Mahkota Baru”

1. Analisis pengikatan reseptor berdasarkan simulasi dinamika molekul

Situs tempat coronavirus berikatan dengan reseptor sel inang biasanya terletak di suatu wilayah (disebut subdomain) pada protein-'S'. Berbagai jenis virus memiliki reseptor yang berbeda. Sebagai contoh, reseptor pengikat untuk SARS-CoV adalah ACE2 (enzim pengonversi angiotensin 2).
Seperti yang disebutkan sebelumnya, menurut hasil prediksi struktur tiga dimensi kami, struktur protein -'S' dari coronavirus baru mungkin mirip dengan SARS-CoV. Analisis lebih lanjut dari struktur tiga dimensi yang diprediksi dari protein S menunjukkan bahwa meskipun beberapa residu asam amino berbeda dari residu asam amino yang sesuai pada virus SARS, subdomain dari protein-'S' dari SARS-CoV-2 yang bertanggung jawab untuk mengikat reseptor, dan subdomain yang sesuai dalam protein SARS-CoV sangat mirip.
Studi terbaru telah menemukan bahwa protein-'S' dari SARS-CoV-2 dan ACE2 memiliki kekuatan ikatan yang tinggi, menunjukkan bahwa ACE2 sangat mungkin menjadi reseptor sel inang dari SARS-CoV-2 [3] [6].
Dalam studi tindak lanjut, kami berharap untuk melakukan teknik biologis yang lebih komputasi seperti simulasi dinamika molekul dan docking molekul untuk proses pengikatan, perubahan konformasi, afinitas dan energi bebas dari SARS-CoV-2 dan reseptor host yang sesuai.
Penelitian yang lebih mendalam dilakukan, dan mekanisme patogenik dari virus corona sangat penting seperti SARS-CoV dan MERS-CoV diuraikan dan dibandingkan pada tingkat molekuler. Studi-studi ini akan memperdalam pemahaman kita tentang coronavirus dan memiliki nilai penting dan signifikansi untuk desain obat-obatan dan vaksin. 
<img src="fortunanetworks.com.jpg" alt=" #CoronaVirusCoV-2019: Mengangkat Misteri Virus “Mahkota Baru” Secara Ilmiah [2]">

2. Kekebalan

Sistem kekebalan manusia adalah sistem kompleks yang terdiri dari banyak organ, banyak sel imun, dan berbagai molekul kekebalan. Mereka bekerja bersama untuk membangun lapisan pertahanan terhadap berbagai patogen (virus, bakteri, parasit, dll.).
Sistem kekebalan tubuh manusia dibagi menjadi kekebalan bawaan dan sistem kekebalan adaptif. Di antara mereka, kekebalan bawaan juga disebut kekebalan non-spesifik, yang dapat dengan cepat menanggapi patogen yang menyerang.
Misalnya, makrofag dan neutrofil dalam sistem kekebalan tubuh bawaan biasanya dapat mencapai tempat dimana peradangan tubuh manusia terjadi pertama kali, melahap patogen, atau membersihkan sel manusia yang mati. Selain itu, sistem imun bawaan juga mengaktifkan respons imun spesifik tubuh melalui presentasi antigen dan metode lain.

3. Sistem imun adaptif

Imunitas bawaan adalah sistem kekebalan non-spesifik. Untuk menangani patogen tertentu secara lebih efisien, ia perlu bekerja melalui respons imun spesifik yang dihasilkan oleh sistem imun adaptif.
Antibodi atau vaksin yang semua orang pedulikan berkaitan erat dengan mereka. Sel-'B' dan sel-'T' adalah “lengan” utama dalam imunitas adaptif. Tidak seperti kekebalan bawaan, “pejuang” di lengan ini dapat mengidentifikasi dan menghancurkan patogen tertentu.
Pada saat yang sama, beberapa prajurit masih dapat mengingat penampilan musuh target, dan sekali musuh yang sama menyerang lagi, mereka dapat dengan cepat membunyikan alarm dan memulai pertempuran penghancuran melawan penjajah.
Gambar 7: Sel T pembunuh membunuh sel kanker [7]
Sel-'B' matang membawa jenis detektor yang disebut reseptor sel-'B', dan begitu antigen yang sesuai terdeteksi, dengan bantuan sel-'T' sebagai penolong, mereka berkembang biak dan berdiferensiasi.
Satu bagian berdiferensiasi menjadi sel plasma yang mampu menghasilkan antibodi, dan yang lainnya menjadi sel -'B' memori.
Antibodi memiliki detektor yang sama dengan sel-'B' yang memproduksinya, berpatroli di cairan tubuh, dan memberi label patogen spesifik atau secara langsung mencegahnya menginfeksi sel manusia.
Vaksin ini menggunakan mekanisme tersebut untuk merangsang sel-'B' agar menghasilkan antibodi terhadap musuh asing melalui informasi antigenik dari patogen.
Sel-'T' adalah kelas penting lain dari sel imun spesifik. Fungsi utama sel-“T helper” adalah untuk mengatur atau membantu sel-sel kekebalan lainnya dengan melepaskan sitokin setelah mengenali antigen, seperti membantu mengaktifkan sel-'B' dan mengaktifkan sel-'T' pembunuh.
Sel-'T' pembunuh (killer T cells) menargetkan sel yang terinfeksi dengan informasi antigenik spesifik dan membunuhnya dengan melepaskan sitotoksin. Sel-'T', seperti sel-'B', menggunakan detektor yang disebut reseptor sel-'T' untuk mengidentifikasi antigen spesifik.

4. Antigen dan antibodi

Antigen adalah zat-zat yang dapat merangsang respon kekebalan tubuh dan dapat dikenali oleh produk-produk imun spesifik. Ketika reseptor sel-'B' atau reseptor sel-'T' dapat mengikat bagian antigen tertentu, pengenalan antigen ini selesai. Bagian-bagian yang dapat diikat ini disebut epitop.
<img src="fortunanetworks.com.jpg" alt=" #CoronaVirusCoV-2019: Mengangkat Misteri Virus “Mahkota Baru” Secara Ilmiah [2]">


Untuk antigen, tidak setiap bagiannya bisa menjadi target detektor. Selain itu, karena perbedaan genetik antara individu, epitop yang dapat menjadi target mungkin berbeda di antara individu yang berbeda.
Karena itu, langkah penting dalam pengembangan vaksin adalah mengidentifikasi bagian-bagian antigen yang dapat menjadi target, dan pada saat yang sama menemukan target yang sesuai untuk populasi yang berbeda.

5. Prediksi epitop antigen berdasarkan pencarian basis data dan perataan urutan

Gambar 9: Epitop sel T dalam protein SARS-CoV S [9]
Jadi apa saja target pada coronavirus? Berapa banyak orang yang bisa dicakup (covered) oleh target ini?
Para peneliti seperti Syed Faraz Ahmed dari Universitay Sains dan Teknologi Hong Kong, telah menggunakan data epitop yang ada pada virus SARS untuk menyaring 268 kandidat (calon)epigen antigen sel-'T'.
Epitop ini semuanya dalam sekuens protein “Coronavirus Baru” (Co.V-2019) yang saat ini diterbitkan.
Ini dapat ditemukan dan diperkirakan mencakup sekitar 96,29% dari populasi global dan 88,11% orang Cina [9].
Kandidat epitop ini dapat memberikan informasi yang berguna untuk pengembangan vaksin virus “mahkota baru” alias n.CoV-2019.

6. Prediksi pengikatan reseptor sel-T antigen berdasarkan pembelajaran mendalam

Dengan pengembangan sequencing throughput tinggi dan teknologi eksperimental imunologis, semakin banyak data eksperimental genetik dan imun dapat digunakan oleh ahli biologi dan ilmuwan komputer untuk memahami sistem kekebalan tubuh, mengembangkan vaksin, dan membantu dalam diagnosis dan diagnosis penyakit melalui metode komputasi.
a. Perawatan
Para peneliti dalam kelompok pembelajaran mesin di Microsoft Research Asia telah menggunakan pembelajaran mendalam aktif untuk melakukan berbagai pekerjaan pada pengenalan antigen. Misalnya, di antara beberapa target antigen, prediksi mana yang akan memicu respons imun yang kuat, diberi target antigen, prediksi sel-'T' mana yang akan mengenalinya.
Ahli biologi menggunakan immunoassays throughput tinggi untuk memilih sel-'T' yang imunoreaktif dengan antigen tertentu, dan menentukan sekuens DNA reseptor sel-'T' ini menggunakan teknologi sequencing throughput tinggi, yang menghasilkan serangkaian antigen.
b. Data pengikatan reseptor sel-'T' (T-cells)
Dengan generasi berkelanjutan dan akumulasi data eksperimental ini, kami memiliki kesempatan untuk memodelkannya menggunakan teknik pembelajaran mesin untuk membantu menjelaskan aturan reseptor sel-'T' dan pengikatan antigen. Pekerjaan penelitian di bidang ini masih dalam masa pertumbuhan. Kerana skala data yang relatif terbatas, kemampuan generalisasi model juga perlu lebih ditingkatkan.
7. Analisis antibodi berbasis immunoassay
Ketika orang yang terinfeksi virus disembuhkan, antibodi biasanya ada dalam tubuh selama sel-'B' dalam sistem kekebalannya, diaktifkan. Untuk New Coronavirus, jenis antibodi apa yang dihasilkannya pada manusia? Jawaban komprehensif untuk pertanyaan ini membutuhkan penelitian lebih lanjut.
Team Profesor Tianlei Ying di Fakulty Kedokteran University Fudan,China. telah membuat prestasi awal dalam hal ini [10]. #Coronavirus dan #Coronavirus_SARS yang baru memiliki kesamaan yang relatif tinggi dalam urutan RNA dan struktur protein, dan keduanya dapat menginfeksi sel manusia dengan mengikat protein spike pada reseptor ACE2.
Oleh kerana itu, mereka menganalisis beberapa antibodi yang diketahui terhadap protein spike coronavirus SARS, dan menemukan bahwa CR3022 mungkin merupakan salah satu antibodi terhadap protein spike coronavirus baru melalui eksperimen imunologis.
<img src="fortunanetworks.com.jpg" alt=" #CoronaVirusCoV-2019: Mengangkat Misteri Virus “Mahkota Baru” Secara Ilmiah [2]">
Antibodi memiliki berbagai tingkat penerapan dalam diagnosis dan pengobatan penyakit saat ini. Penggunaan diagnosis berbantuan antibodi telah menjadi metode umum dalam diagnosis penyakit clinical, tetapi dalam pengobatan penyakit, kerana pembatasan pemurnian, penyimpanan, efektiviti, dan lain-lain.
Aplikasi clinical saat ini masih sangat terbatas. Perlu disebutkan bahwa teknik komputasi seperti prediksi struktur protein dan simulasi dinamika molekul semakin banyak diterapkan pada penemuan dan desain antibodi.
To be continued...

Referensi:


Admin
Founder https://FortunaNetworks.Com. An Active Blogger Writing Issues Indonesia, Malaysia and The World in General, Journalism, Traveler Author, Blogging Tutorials and Motivational Articles. Can be Addressed on Twitter @helmysyamza

Sign out
Blogger
Disqus
Pilih Sistem Komentar Yang Anda Sukai
How to style text in Disqus comments Top Disqus Commentators
  • To write a bold letter please use <strong></strong> or <b></b>.
  • To write a italic letter please use <em></em> or <i></i>.
  • To write a underline letter please use <u></u>.
  • To write a strikethrought letter please use <strike></strike>.
  • To write HTML code, please use <code></code> or <pre></pre> or <pre><code></code></pre>.
    And use parse tool below to easy get the style.
Show Parse Tool Hide Parse Tool

How to get ID DISQUS - https://disq.us/p/[ID DISQUS]

strong em u strike
pre code pre code spoiler
embed

0 Comment

Add Comment

Show Parse Tool Hide Parse Tool


Advertiser