Penelitian Ilmuwan Dalam Mengungkap Misteri Virus Corona (Bagian 1)

Naviri Magazine - Saat ini, perang melawan virus belum berakhir. Virus bersembunyi di bentuk kecil mereka, dan manusia harus memperlakukan mereka dengan bijaksana. Menghadapi “serangan” virus 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 telah menunjukkan potensi besar dalam ekstraksi pengetahuan dan analisis pemodelan.

Artikel ini menunjukkan banyak aplikasi teknologi AI dalam analisis urutan, prediksi struktur, penelitian imunologi, dan pengembangan obat.

Selama Festival Musim Semi Tahun Tikus pada 2019, sebuah coronavirus baru (Novel Coronavirus/2019-nCoV/NCoV-2019, yang kemudian secara resmi bernama SARS-CoV-2) berkecamuk di wilayah Wuhan, Tiongkok, dan epidemi itu sangat mengejutkan.

Menghadapi perkembangan epidemi yang berubah, para peneliti dari kelompok pembelajaran mesin dari Microsoft Research Asia melakukan penelitian dan mendasarkan pengetahuan profesional dan pengalaman di berbagai bidang, seperti biologi komputasi dan pembelajaran mesin. Hasil penelitian menggunakan teknologi AI menyebut virus itu “mahkota baru”.

Para peneliti memperkenalkan struktur genom dan protein coronavirus, respons imun dan mekanisme molekuler, dan pengembangan vaksin dan obat-obatan, berharap untuk secara bertahap mengungkap “misteri” coronavirus baru dan membantu kita memahami sepenuhnya coronavirus baru.

Pada saat yang sama, para peneliti juga berharap metode komputasi seperti AI dapat diintegrasikan lebih lanjut dengan penelitian New Coronavirus dan membawa lebih banyak bantuan untuk penelitian virus selanjutnya.

Virus 

Tidak seperti kebanyakan organisme berbasis sel, virus adalah organisme sederhana dengan struktur bebas sel. Virus terdiri dari bahan genetik (asam nukleat) yang bertanggung jawab untuk reproduksi keturunan dan cangkang protein yang melindungi materi genetik.

Virus yang berbeda biasanya memiliki cangkang protein yang bentuknya berbeda, dan coronavirus dinamai “mahkota baru” karena cangkangnya terlihat seperti mahkota. Wabah SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) pada tahun 2003 dan wabah MERS (Middle East Respiratory Syndrome) pada 2012, juga disebabkan oleh coronavirus.

Dalam struktur coronavirus, terlihat lonjakan seperti paku, disebut Spike Glycoprotein (S protein), yang merupakan biang keladinya untuk mengikat reseptor yang sesuai pada sel manusia, dan protein E adalah protein amplop. Bahan genetik internal dibungkus, ada struktur seperti protein membran (protein M) dan protein nukleokapsid (protein N).

Analisis genom 

Tidak seperti DNA beruntai ganda, materi genetik manusia, coronavirus adalah jenis virus RNA beruntai tunggal. Bahan genetik beruntai tunggal membuat coronavirus lebih bervariasi daripada struktur DNA beruntai ganda yang stabil.

Setidaknya ada lusinan anggota keluarga coronavirus, yang sebagian besar aman bagi manusia, dan 7 jenis coronavirus seperti SARS-CoV dan MERS-CoV yang diproduksi oleh banyak mutasi dapat menginfeksi manusia.

Studi terbaru menunjukkan bahwa mirip dengan virus SARS-CoV dan MERS-CoV, genom SARS-CoV-2 (2019-nCoV) juga dibagi menjadi dua bagian: gen non struktural dan gen struktural.

Gen non-struktural, yang menyumbang sekitar dua pertiga dari total panjang genom SARS-CoV-2, mengandung dua sekuens yang menyandikan protein, yang disebut ORF1a dan ORF1b. Wilayah gen struktural yang mengikutinya mengkodekan protein struktural, seperti protein S dan protein E.

Teknologi penyelarasan urutan adalah salah satu kontribusi terpenting bioinformatika bagi masyarakat manusia. Apakah itu identifikasi genetik, identifikasi spesies baru atau analisis potensi penyakit genetik, penyelarasan urutan tidak dapat dipisahkan. Penjajaran urutan dibagi menjadi penjajaran urutan lokal dan penjajaran urutan global, dengan algoritma pencocokan yang berbeda.

Berdasarkan algoritma pemrograman dinamis paling sederhana, “Algoritma Smith-Waterman” dikembangkan untuk penyelarasan urutan lokal, dan “Algoritma Needleman-Wunsch” digunakan untuk penyelarasan urutan global.

Dari analisis seluruh struktur genom, struktur genom SARS-CoV-2 (2019-nCoV) serupa dengan yang ada pada coronavirus lainnya. Ia memiliki 87,5% dan 87,6% kesamaan dengan dua coronavirus (Bat-SL-CoVZC45 dan Bat-SL-CoVZXC21) yang ditemukan dari kelelawar, masing-masing urutan kesamaan dengan virus SARS adalah sekitar 79%, dan mirip dengan virus MERS yang kesamaan urutannya hanya 50%.

Perlu dicatat bahwa kesamaan urutan antara SARS-CoV-2 dan SARS-CoV di berbagai wilayah genom berbeda: di wilayah pengkodean protein S yang terikat oleh virus pada reseptor host, SARS-CoV-2 dan SARS-CoV memiliki kesamaan urutan yang berbeda. Kesamaan urutan berkurang secara signifikan.

Analisis hubungan evolusi 

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, 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.

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.

Baca lanjutannya: Penelitian Ilmuwan Dalam Mengungkap Misteri Virus Corona (Bagian 2)