Biopolym. Cell. 2026; 42(Special Issue):34.
Біоінформатика та ШІ в біомедичних дослідженнях та розробці
Біоінформатичний аналіз варіабельності та збереження шипових білків SARS-CoV-2 за допомогою вирівнювання множинних послідовностей
- Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича
вул. Коцюбинського, 2, Чернівці, Україна, 58002
Abstract
Передумови/Мета. Шиповий (S) білок SARS-CoV-2 є основним поверхневим білком і ключовим антигеном, відповідальним за процес вірусної інфекції та імунної відповіді. Через високий рівень мутацій необхідно ідентифікувати збережені ділянки як можливі біомаркери та мішені для вакцин і таргетних терапій. Метою цього дослідження було проаналізувати варіабельність Шипового білка на основі вирівнювання послідовностей білків та визначити збережені ділянки. Методи. Амінокислотні послідовності Шипового білка SARS-CoV-2 з різних вірусних варіантів, включно з референсними послідовностями та клінічними ізолатами, були отримані з бази даних NCBI GenBank. Вирівнювання множинних послідовностей (MSA) було проведено за допомогою алгоритму MAFFT при збереженні позиції амінокислот у програмному середовищі Jalview із використанням ентропійного аналізу. Результати. Виявлено множинне вирівнювання амінокислотних послідовностей Шипового білка — чітко гетерогенний розподіл варіабельності по молекулі, що відображає її функціональну та структурну диференціацію. Найвищий рівень варіативності спостерігався в домені зв'язування рецепторів (RBD), де виявлено значну кількість замін амінокислот серед основних вірусних варіантів (Альфа, Дельта та Омікрон). Це підтверджує високу еволюційну пластичність цієї області, яка перебуває під сильним селективним тиском імунітетуту хазяїна і відіграє ключову роль у зв'язуванні з рецептором ACE2. Для порівняння, MSA та аналіз на основі ентропії виявили три добре визначені консервативні регіони з низькими значеннями ентропії (<0.2), переважно локалізовано у субодиниці S2 Шипового білка. Ці ділянки демонструють високий ступінь еволюційного збереження між варіантами, що свідчить про їхню критичну структурну та функціональну важливість. Найбільш стабільні позиції амінокислот зосереджені в C-кінцевій області S2, яка безпосередньо бере участь у процесі злиття мембран між вірусом і клітиною-хазяїном — ключовим етапом вірусної інфекції. Крім того, збережені ділянки зберігалися серед еволюційно віддалених варіантів SARS-CoV-2, що свідчить про обмежену толерантність до мутацій та функціональну необхідність. Ентропійний аналіз додатково підтвердив, що субодиниця S2 має значно більшу структурну стабільність порівняно з доменами S1 і RBD, що робить її більш придатним джерелом стабільних молекулярних мішеней для діагностики, вакцин і терапевтичних застосувань. Висновки. Отримані результати підтверджують, що консервативні ділянки субодиниці S2 є найперспективнішими молекулярними мішенями для подальшого розвитку діагностичних, вакцинних і терапевтичних підходів.
Keywords: SARS-CoV-2, Шиповий білок, вирівнювання множинних послідовностей, біоінформатика, збережені ділянки, ентропійний аналіз
Повний текст: (PDF, англійською)
