文摘
研究仍在进行开发特定的药物或疫苗抗诺瓦克病毒、食源性疾病的关键因素。本研究评估某些植物性活跃的化学物质等潜在的候选治疗使用虚拟筛选技术和其他电脑评估。二十(20)的植物代谢产物进行测试对诺瓦克病毒VP1、VP2 P48,第22位蛋白质域使用的分子对接方法。全球最低的结合能,积雪草酸,广寄生甙,guaijaverin,姜黄素表现出最高的亲和力与所有选定的蛋白质。每个病毒蛋白的基本结合位点与潜在的药物和药物表面热点地区被发现。ADMET(吸收、分布、代谢、排泄和毒性)分析用于进一步分析药理档案的热门候选人。根据结果,没有物质上有任何不良后果,减少药物类属性。根据毒性的分析模式,没有检测到肿瘤发生的,诱变、刺激性或生殖影响的化合物被发现。然而,在四大选择,姜黄素表现出最高水平的细胞毒性和免疫毒性。这些发现可能为有效诺瓦克病毒疗法的发展和安全措施。 Due to the positive outcomes, we strongly propose more在活的有机体内实验的实验验证我们的发现。
1。介绍
诺瓦克病毒的收集nonenveloped、single-abandoned和积极意义RNA与诺瓦克病毒感染有地方类Caliciviridae家族(1]。他们引起严重疾病暴发的封闭和半封闭位置,如养老院、学校、医院、军事基地、游轮和传播迅速通过受污染的水、食物,或者表面。然而,607年11月680集(89%)与个人到个人传播,这常常精心不幸手清洁,以及地对地传输(2]。他们每年造成7亿集的腹泻整体,代表所有松动的肠子病例的20%,导致巨大dismalness和死亡率(3]。人类诺瓦克病毒(11月)是引起的食源性疾病在美国,占58%以上的情况下与已知的病因和49%的食源性暴发胃肠炎(4]。他们是最常见的病毒性疾病,引起急性胃肠炎(年龄)在任何年龄的人在发达国家和发展中国家。大约2000万岁发病率出现在美国每年带来大约70000住院和800人死亡。诺瓦克病毒疾病问题是最值得注意的在低收入和center-pay国家,保证每年超过200000人的生命,耗资42亿美元的医疗保健框架直接费用和603亿美元的友好的经济损失(5),因此,他们对全球公共健康构成严重的威胁。此外,11月负责所有流行病例的73%到95%的全球非细菌性肠胃炎。
首先,人类诺瓦克病毒已经改变了遗传和抗原,与35个基因型分为五genogroups (GI, GII,投入,GVIII GIX)和不同基因型的变化往往发现同时6]。新变化促进经常甚至在一个孤独的基因型,例如,主要genogroup II,基因型4 (GII.4)因为快速发展。其次,诺瓦克病毒不培养在培养细胞,最后,缺乏一个标准衡量抗体反应的细胞培养,一个可靠的动物模型,和强大的免疫相关的诺瓦克病毒免疫力很难比较不同的候选疫苗。然而,现在四个申请人免疫临床改善阶段(7)和一个以计算机为基础的疫苗模型提出了进一步要求在体外和在活的有机体内试验(8]。因此,筛选治疗对这个敌人是高需要在当前时间。
富含抗氧化剂的药用植物有能力治疗严重疾病如癌症、老年痴呆症、糖尿病、疟疾和心脏状况,同时降低药物毒性。在一些研究中,植物抗菌素测试封装和nonencapsulated病原体。植物抗菌素的效率对nonenveloped病毒污染或其替代品最近吸引了一小群研究人员的注意。为了避免合成药品的负面影响,使用天然代谢物对诺瓦克病毒新的药物可以是一个伟大的选择。因此,本研究旨在确定植物性化合物使用虚拟筛选方法和各种计算调查可以对诺瓦克病毒有效,对人类以及安全使用。
2。材料和方法
不同的生物信息学工具被用来对诺瓦克病毒筛选有潜力的药物(图1)。的步骤如下:
2.1。选择和蛋白质序列的集合
文献回顾后,合适的蛋白质与药物设计可以被确定。提出了不同的蛋白质药物靶点诺瓦克病毒的早期研究。然后,国家生物技术信息中心基因组数据库被用来提取选定的蛋白质序列(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome)。
2.2。蛋白质的3 d结构的预测和优化
蛋白质数据银行没有选择蛋白质的结构(RCSB PDB)。因此,异常蛋白质的原子模型预测使用RaptorX服务器(https://raptorx.uchicago.edu/),生物信息学方法预测蛋白质的三层结构模型粒子从氨基腐蚀性分组9),然后预测结构的细化GalaxyWEB服务器https://galaxy.seoklab.org/cg(10]。然后,对于每一个蛋白质,顶部模型选择基于ERRAT阴谋的质量和拉马钱德兰情节分析利用节省server v6.0 (https://saves.mbi.ucla.edu/)。“一般质量元素“nonfortified核合作生产使用ERRAT情节,然后用来批准蛋白质结构。这一步是验证蛋白质模型,使用同源modeler中创建和依赖于一个高分。
2.3。选择和代谢物结构的集合
二十个代谢物最终选择了测试后,诺瓦克病毒治疗研究文献对植物代谢产物。使用Pubchem数据库,共20个代谢物自卫队格式从各种类(表获得1)。开放的巴别塔v2.3项目,化学工具包创建化学数据的各种语言说话,被用来设计转换成PDB格式(11]。
2.4。绑定的分析能力和约束力的残留的植物代谢产物对选定的蛋白质
原子对接是一个奇妙的工具,显示出小配体和大分子如何一起工作,使它适合药物披露。PatchDock服务器用于对接(12],亚原子对接提供了必要的资源,找到有效的治疗方法对显式药物致命的病原体的焦点(13]。这里的代谢物被指定为配体和受体蛋白。波兰FireDock炼油设备被用来停靠结构(14]。之后,PyMOL v2.0软件被用于可视化和识别极性绑定和非极性残留物,成键选择代谢物(15]。
2.5。Pharmacoinformatics研究
的四个重要过程吸附、分布、代谢和排泄(ADME)产生实质性影响药物水平和药物渗透到组织的能量在一个物种。早期ADME评估在披露阶段被发现显著降低小数量的pharmacokinetics-related失望在临床阶段(16]。ADME的预测,计算机模型已经提升为一个可行的替代试验程序,特别是在早期阶段有各种检查合成设计但有限的可用性混合物(17]。顶部的ADME性质四个代谢物检测使用SwissADME服务器(17]。药物在组织自卫队提交给服务器,完全转换为微笑,匆匆往接收预测。blood-cerebrum阻塞(BBB)集中化合物计算使用煮鸡蛋模型(18]。
2.6。优越的植物代谢产物的毒性分析
最后,pkCSM服务器用于预测毒性的潜在的补救措施。这是一个令人信服的策略预测药代动力学性质依赖于基于图表的标志反映分子之间的距离设计(19]。
3所示。结果
3.1。蛋白质序列的检索
四个不同的蛋白VP1(加入:AII73783.1) VP2(加入:AII73784.1) p48(加入:YP_009238493.1)和第22位(加入:YP_009238495.1)被选为适当的药物靶点和各自的序列从NCBI数据库收集。
3.2。分子建模和预测模型的质量评估
为每个蛋白质RaptorX服务器提供五种型号。最好的一个是然后使用GalaxyWEB增强服务器后研究ERRAT自尊和拉马钱德兰阴谋。基于拉马钱德兰阴谋的结果和ERRAT预测分数,此服务器提供10每个蛋白质的精细模型,从每个蛋白质的最佳模式选择(数字2和3和表1)。
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
3.3。征募和收集的植物代谢产物结构
共有20个代谢物自卫队格式从PubChem获得各种类的数据库使用这种方法(补充文件1)。PubChem化合物是一个数据库和他们的反应叫做PubChem生物实验。这些代谢物在几个调查,主要是针对不同的病毒和实验已经证明有一定的传说等,如抗癌、抗菌、抗病毒、抗糖尿病的。我们使用这些代谢物,因为他们的品质和吸引潜在的药物前景(补充文件1)。
3.4。分析植物代谢产物对选定的蛋白质的结合能力
所有的植物代谢产物(配体)停靠对所有的蛋白质(高分子)(补充文件2)。所有选择的蛋白质相比,广寄生甙,积雪草酸,姜黄素,guaijaverin证明全球结合能优越。4代谢物的结构是描绘在图4。最高的代谢物的整体结合能的VP1发现广寄生甙,积雪草酸,姜黄素,和相应guaijaverin−59.12千卡/摩尔,−50.93千卡/摩尔,−54.82千卡/摩尔,−59.12千卡每摩尔。广寄生甙,积雪草酸、姜黄素和guaijaverin都有全球−36.26千卡/摩尔,结合能−42.81千卡/摩尔,−38.49千卡/摩尔,分别与VP2和−30.89千卡每摩尔。广寄生甙,积雪草酸、姜黄素和guaijaverin都有全球结合能P48−51.06千卡/摩尔,−50.93千卡/摩尔,−48.79千卡/摩尔,分别和−59.12千卡每摩尔。广寄生甙,积雪草酸,姜黄素,guaijaverin全球−41.19千卡/摩尔,结合能−51.26千卡/摩尔,−50.15千卡/摩尔,分别与第22位和−42.08(表2)。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.5。结合位点分析
停靠的结构构造复杂的检查,以确定药物表面热点目标诺瓦克病毒蛋白质。研究进行了残留与各自的位置和交互的配位模式绑定(表2)。36-49、260 - 282和419 - 422的VP1高亲和力配体,而Ser283 Val419, Leu437最普遍的氨基酸与配体相互作用(图5)。氨基酸范围95 - 186的绑定热点诺瓦克病毒VP2蛋白。对接复合物为THR95找到酸结合位点,ARG87 PRO182, ile - 97最常见(图6)。的P48蛋白质、氨基酸地区125 - 138年被发现之间的表面热点和绑定残留物,PRO125 Val134,亮氨酸- 138通常是观察与配体相互作用(图7)。氨基酸之间的111年和246年第22位蛋白被发现重要的配体结合。对接复合物找到Gln128、Ser362 Leu246残留在最大时间(图8)。数据5- - - - - -8和表2代表所有的极地绑定残留,而补充文件3和表2所有的非极性绑定残留。
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
(一)
(b)
(c)
(d)
3.6。Pharmacoinformatics研究选定的代谢物
ADME性质不同,如物理化学边界,亲油性,药物动力学,水溶解度,恢复科学的药品评估为了分析药物的抗病毒药物(表3,图9)。两个代谢物,姜黄素和积雪草酸,展示大量肠胃吸收。没有血脑屏障(BBB)渗透的被发现在前药物使用充溢蛋模型。克制效果测试与不同CYP亚型,包括CYP1A2、CYP2C9, CYP2C19、CYP2D6和CYP3A4,表明这些强有力的药物没有与细胞色素P450亚型互动的机会。每种药物显示弱到重要的水溶性。此外,guaijaverin和广寄生甙显示一个警惕的痛苦(表3)。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.7。优越的代谢物的毒性预测
不同毒性边界艾姆斯危害性等皮肤细化,口腔鼠毒性、肝毒性,小鱼危害性等等进行调查(表4)。结果发现负面结果在艾姆斯测试药物,这证明了药物的摘要。的结果如何,所有的药物都是hERG我和hERG II抑制剂除了guaijaverin hERG II抑制剂。同时,他们预测对肌肤是安全的。LD50,范围从1.833到2.592摩尔/公斤为这些药物。小鱼毒性的药物是−0.3日志毫米以上,除了姜黄素,证明无毒。此外,不良药物肝毒性的影响表明,这些强大的药物不会影响肝脏的正常功能。
4所示。讨论
诺瓦克病毒是全球食源性疾病的主要原因,导致广泛的肠胃炎事件吸引媒体的关注和恐慌都消费者和卫生保健专业人士。诺瓦克病毒负责在本地获得食源性疾病的58%左右,26%的住院治疗,死亡人数的11%。虽然食源性疾病的整体范围是具有挑战性的管理,迫在眉睫的是发展必要的技能来识别、管理和预防方法。肠胃炎仍然是一个主要的医疗问题,影响所有年龄段的人,但是它可以为幼儿特别严重,老年人和免疫系统受损的人20.]。
每年他们把五之前,一百万名儿童nonindustrialized国家仍然通过远离腹泻。其中,200年000人死亡被认为是由诺瓦克病毒引起的。轮状病毒抗体的发展大大降低整体的排便量引起的拉肚子,然而,第四和最后一年发展目标尚未实现。在轮状病毒疫苗接种是经常进行的国家,诺瓦克病毒目前年轻的主要细菌引起严重腹泻(21]。在美国,它是依据一百万年儿科临床考虑每年访问(22]。
之前的记录对于大多数住院和死亡带来的肠胃炎。尽管被误解,诺瓦克病毒胃肠炎无疑是与住院和死亡的风险增加的老年人口和不应被视为一个小状况短时间内(23]。诺瓦克病毒疫情最著名的地方是长期护理设施,紧随其后的是咖啡馆、学校、诊所、和船只24]。
诺瓦克病毒是一个严重的问题在医院病房(25]。在英国,在长达2年的时间里,大约有4000的医疗诊所冲突,受影响的13000名患者和3400名员工,导致近9000天的病房关闭。
大多数时候,诺瓦克病毒症状严重和自限性,24 - 48小时的症状在急性开始重拾之前,恶心,胃痉挛,肌痛、和特别水,nonhorrific稀便,经常消失在2 - 3天26]。
然而,长期和严重的疾病,包括流感样症状,发生在弱人群(年轻人,年长的,免疫力低下)。诺瓦克病毒胃肠炎后,postirresistible有用的肠胃问题,脾气暴躁等内部条件,已解释道。其他具体的后遗症包括脑病、痉挛和坏死性小肠结肠炎。诺瓦克病毒的位置在病人血清中几乎没有被确认,但是这样的结果的意义还没有完全理解。诺瓦克病毒胃肠炎,预计将发生在17 - 18%的免疫力低下的个人,可以持续数周。毫无疑问,越来越多的研究表明,免疫抑制治疗会增加诺瓦克病毒感染的风险(27]。由于延迟norovirus-related稀便,这些患者通常情感减肥经验。再加上饥饿、脱水和胃肠道粘膜的改变边界,可以增加粪便和干扰的潜在疾病(28]。
天然化合物来自植物很重要,因为它们作为模型分子的潜在新药。所以,在目前的调查,在努力评估一些植物的代谢产物诺瓦克病毒抑制代理根据他们的亲和力为绑定到选择特定病原体的蛋白质。
四个药物molecules-curcumin广寄生甙、积雪草酸和guaijaverin-showed高亲和力的每个四大分子,根据对接的结果。由于ADMET数据不足,许多药物开发工作在临床试验失败。因此,无论是由在体外,在活的有机体内、或计算方法ADMET数据在药物开发计划是必不可少的。
四大药物候选人的in-silico ADMET分析显示没有不利的结果,减少了drug-likeliness品质(表4)。每个药物候选GI-absorbable和水溶性。这四种药物不会穿透BBB,因此不会有风险问题。所有四个候选药物被发现noncarcinogenic,摘要,skin-insensitive, nonhepatotoxic根据毒性预测。因为所有候选药物hERGI和hERG II抑制剂预测测试失败,他们可以被认为是有益心脏的药物(表4)。总的来说,毒性预测测试表明,这些药物是安全的使用诺瓦克病毒治疗。
5。结论
基因组分析的概念,利用一些生物信息学技术已经完全改变了药物发现。这项工作可以帮助发展的有效的治疗方法对这四种不同的蛋白质用更少的试错重复化验,因此执行额外的节省时间和金钱在体外研究和协助降低带来的死亡率和发病率。验证假设,然而,更多的体内测试利用生物模型是强烈建议。
数据可用性
本研究的数据集可以从相应的作者合理的请求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
创意、概念化、试验设计、数据处理、数据分析、稿件撰写和准备草案是由Zenifer阿拉姆和Md。Nazmul伊斯兰教Bappy。概念化、实验设计、实验设计监理、项目管理、文稿写作、审查和批准,最后的手稿是由Sudeb萨哈。监督实验设计、项目管理、文稿写作、审查和批准,最后的手稿被Kazi Md执行。阿里Zinnah。数据处理,数据分析和手稿写是由亚Sultana, Fayeza Sadia拉斯卡尔,Kawsar Miah。
补充材料
补充文件1:列出的植物代谢产物研究中使用各自的资源和活动。补充文件2:对接的结果。补充file-3:非极性结合位点的选择的代谢物。(补充材料)