Kajian In Silico Senyawa Aktif Spirulina platensis sebagai Kandidat Obat COVID-19 dengan Menargetkan Protein ACE2 dan TMPRSS2

Abstract

PUTU KRISTIANI KALONTONG. Kajian In Silico Senyawa Aktif Spirulina platensis sebagai Kandidat Obat COVID-19 dengan Menargetkan Protein ACE2 dan TMPRSS2. Dibimbing oleh MEGA SAFITHRI dan KUSTIYARIYAH TARMAN. COVID-19 merupakan penyakit menular yang disebabkan oleh SARS-CoV-2. Penyakit ini memiliki gejala umum seperti demam, batuk kering, dan rasa lelah, tetapi sakit lebih serius bahkan tingkat mortalitas yang tinggi terjadi pada orang-orang dengan penyakit penyerta seperti diabetes mellitus. SARS-CoV-2 menggunakan protein sel inang, Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2) dan Transmembrane Serine Protease 2 (TMPRSS2), untuk menginfeksi sel. Spirulina platensis dilaporkan memiliki aktivitas sebagai antivirus untuk banyak jenis virus dan antioksidan serta antidiabetes mellitus. Dengan demikian, alga ini dapat menjadi sumber potensial untuk pencarian kandidat antivirus COVID-19. Penelitian ini bertujuan menganalisis potensi senyawa aktif S. platensis sebagai kandidat obat COVID-19 dengan menargetkan protein ACE2 dan TMPRSS2 menggunakan studi penambatan molekuler. Penelitian dilakukan menggunakan perangkat personal computer dan beberapa program aplikasi untuk keperluan penambatan molekuler serta laman web untuk analisis toksisitas ligan. Struktur 3D reseptor ACE2 (PDB:1R42) dan TMPRSS2 (PDB: 7MEQ) diunduh dari laman NCBI online database. Remdesevir digunakan sebagai ligan pembanding untuk ACE2, nafamostat sebagai ligan pembanding untuk TMPRSS2 dan asam 4-karbamimidamidobenzoat sebagai ligan alami atau kontrol untuk TMPRSS2. Ligan uji terdiri atas 113 senyawa aktif S. platensis yang diperoleh dari data sekunder (hasil penelitian terdahulu). Hasil penambatan molekuler diperoleh 51 senyawa uji dapat ditambatkan ke reseptor ACE2 maupun TMPRSS2 dan diperoleh 49 senyawa uji dapat berinteraksi dengan kedua reseptor dengan nilai ΔG ikatan berkisar -4,45 sampai -7,35 kkal/mol untuk reseptor ACE2 dan -3,93 sampai -7,40 kkal/mol untuk reseptor TMPRSS2. Kuersitrin dan katekin menghasilkan energi bebas Gibs (ΔG) ikatan dan konstanta inhibisi (Ki) mendekati ligan pembanding pada reseptor ACE2 dan lebih baik dari ligan alami untuk reseptor TMPRSS2. Hasil analisis interaksi, pada reseptor ACE2, kuersitrin juga dapat berikatan hidrogen dengan His34 dan Arg393, katekin dapat berikatan hidrogen dan hidrofobik dengan Arg393. Pada reseptor TMPRSS2, kuersitrin dan katekin keduanya dapat berikatan hidrogen dengan His296 dan hidrofobik dengan Ser441 pada sisi aktif TMPRSS2. Berdasarkan KNApSAcK Core System, terdapat tiga senyawa uji hasil penambatan yang hanya dijumpai pada spesies tertentu termasuk pada S. platensis seperti alfa-ionene pada spesies Acca sellowiana, 5-Isopropil-6-metil-hepta-3,5-dien-2-ol dan asam 6,9,12-Oktadekatrionat pada spesies Pinus sibirica. Simpulan penelitan ini yaitu kuersitrin dan katekin menunjukkan senyawa terbaik sebagai obat COVID-19 secara in silico dengan menargetkan protein target SAR-CoV-2 yaitu ACE2 dan TMPRSS2.

PUTU KRISTIANI KALONTONG. In Silico Study of the Active Compound of Spirulina platensis as a Candidate for COVID-19 Drugs by targeting the ACE2 and TMPRSS2 Proteins. Supervised by MEGA SAFITHRI and KUSTIYARIYAH TARMAN.

COVID-19 is an infectious disease caused by SARS-CoV-2. This disease has common symptoms such as fever, dry cough, and fatigue, but more serious illness and even high mortality rates occur in people with comorbidities such as diabetes mellitus. SARS-CoV-2 uses host cell proteins, Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2) and Transmembrane Serine Protease 2 (TMPRSS2), to infect cells. Spirulina platensis is reported to have antiviral activity for many types of viruses and antioxidants as well as antidiabetic mellitus. Thus, this algae can be a potential source for the search for COVID-19 antiviral candidates. This study aims to analyze the potential of the active compound S. platensis as a candidate for COVID-19 drugs by targeting the ACE2 and TMPRSS2 proteins by in silico study. The research was conducted using a personal computer and several application programs for molecular docking purposes as well as a web page for ligand toxicity analysis. The 3D structures of ACE2 (PDB:1R42) and TMPRSS2 (PDB: 7MEQ) receptors were downloaded from the NCBI online database page. Remdesevir was used as the reference ligand for ACE2, nafamostat as the comparison ligand for TMPRSS2 and 4-carbamimidamidobenzoic acid as the natural or control ligand for TMPRSS2. The test ligand consisted of 113 active compounds of S. platensis obtained from secondary data (results of previous studies). The results of molecular docking showed that 51 test compounds could be tethered to both ACE2 and TMPRSS2 receptors and 49 test compounds could interact with both receptors with ΔG binding values ranging from -4.45 to -7.35 kkal/mol for ACE2 receptor and -3.93 to -7.40 kkal/mol for the TMPRSS2 receptor. Quercitrin and catechin produce Gibs free energy (ΔG) binding and inhibition constant (Ki) close to the comparison ligand at the ACE2 receptor and better than the natural ligand for the TMPRSS2 receptor. The result of the interaction analysis, at the ACE2 receptor, quercitrin can also hydrogen bond with His34 and Arg393, catechin can hydrogen and hydrophobic bind to Arg393. At the TMPRSS2 receptor, quercitrin and catechin are both hydrogen-bonded to His296 and hydrophobic to Ser441 at the active site of TMPRSS2. Based on the KNApSAcK Core System, there were three test compounds that resulted from docking only found in certain species including S. platensis such as alpha-ionene in Acca sellowiana species, 5-Isopropyl-6-methyl-hepta-3,5-dien-2-ol and 6,9,12-Octadeatrionic acid in Pinus sibirica species. The conclusion of this study is quercitrin and catechin showed the best compounds as COVID-19 drug based on in silico studies by targeting the SAR-CoV-2 target proteins, ACE2 and TMPRSS2.