Kajian Molecular Docking: mengungkap potensi Lada Hitam sebagai kandidat antivirus

SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome-Coronavirus-2) merupakan sumber pandemic yang bersifat menular, pathogen, dan menyebar dengan cepat di seluruh dunia khususnya Indonesia. Meskipun saat ini pandemic telah berahir, kandidat terapi untuk antivirus perlu diteliti lebih lanjut untuk mengantasipasi adanya pandemic yang akan datang.

Bahan alam dapat menjadi pilihan yang perlu dipertimbangkan sebagai kandidat antivirus. Kandungan metabolit sekunder yang melimpah, membuat bahan alam memiliki berbagai efek farmakologis, salah satunya sebagai antivirus. Piper Nigrum atau seringkali dikenal dengan Lada Hitam memiliki kandungan yang melimpah. Di India, tanaman ini dikenal sebagai “king of species” karena beragam potensi yang dimiliki, seperti anti-apoptosis, anti-depresi, antibakteri, antimikroba, antiinflamasi, antimetastasis, antitumor, dan lain sebagainya.

Gambar 1. Efek terapis lada hitam pada kesehatan manusia

Salah satu kandungan metabolit sekunder utama dari P. nigrum yaitu senyawa fenolik yang akan dikaji lebih lanjut pada artikel ini terkait potensinya sebagai inhibitor enzim protease pada SARS-CoV-2 secara in silico. Berikut merupakan tahapan kajiannya:

Pengumpulan data

Senyawa fenolik 3D didapatkan dari database PubChem (https://pubchem.nlm.nih.gov/), sedangkan konfigurasi enzim protease (struktur 6lu7) didapatkan dari database PDB (https://pubchem.nlm.nih.gov/).

Kajian Molecular Docking

• Persiapan data protein

Data struktur kristal X-ray Primary Protease Domain Inhibitor N3 (PDB ID: 6LU7) diperoleh dari database RCSB PDB (protein data bank). Simulasi molecular docking dengan menggunakan tool Auto-Dock. AutoDock menyimpan energi potensial yang didapatkan dari hasil docking, maka pre-calculated grid diperlukan karena grid harus mengelilingi sisi aktif makromolekul. Gambar 2. menjelaskan struktur kristal 3D (protease primer COVID-19) yang akan menjadi molekul target.

Gambar 2. Struktur kristal 3D dari protease primer COVID-19 (6LU7)

• Persiapan data ligan

Ligan berupa senyawa aktif fenolik dari Piper nigrum yang diperoleh dari database PubChem. Senyawa yang menjadi target yaitu:

1. Kadsurenin L (CID: 3083437)
2. Kavain (CID: 5281565)
3. Methysticin (CID: 4281567)
4. Dihydrocavine (CID: 10220256)
5. Dihydromethysticine (CID: 88308)
6. Pulmatin (CID: 442731)
7. Sinapaldehyde glucoside (CID: 25244544)
8. 1-O-feruloyl-beta-D-glucose (CID: 13962928)

Untuk menerjemahkan Structure Date File (SDF) ke protein data bank (PDB) dengan menggunakan Open Babel (http://openbabel.orge/).

• Docking protein dan ligan

Proses docking dengan memanfaatkan software AutoDock. Auto Dock 1.5.6 digunakan untuk memperbaiki grid box pada sisi aktif protein. Selanjutnya, ligan dan protein dapat disiapkan ntuk proses docking lebih lanjut. Chimera 1.12 dan LigPlot digunakan untuk memvisualisasikan efek docking.

• Simulasi Molecular Dynamics

Dinamika konformasi antara protease yang berikatan dengan senyawa fenolik dapat diketahui secara detail menggunakan metode molecular dynamics. Untuk menghitung nilai konformasi terbaik dari dua senyawa fenolik (cadsurenine dan methysticine) menggunakan GROMACS 4.6.5 dan gromos53e6.

Analisis Molecular Docking

Semua senyawa fenolik dari P. nigrum dapat berinteraksi dengan baik dengan sisi aktif protease. Hal ini menunjukkan bahwa senyawa tersebut berpotensi untuk menghambat COVID-19. Namun, senyawa dengan nilai docking 7.0 atau lebih rendah yang lebih berpotensi menjadi senyawa yang kuat sebagai inhibitor protease. Tabel 1 menunjukkan bahwa nilai docking terendah dimiliki oleh senyawa cadsurenine dan methysticine, yang berarti bahwa kedua senyawa tersebut memiliki afinitas yang lebih terhadap protease primer dibandingakan dengan senyawa lainnya.

Gambar 3. mengilustrasikan ikatan molekul antara protein primer COVID-19 dengan beberapa senyawa fenolik dimana masing-masing senyawa membentuk ikatan hidrogen. Setelah pengujian semua senyawa, keempat senyawa berinteraksi dengan sisi tengah protease primer COVID-19 melalui ikatan hydrogen dengan Gly143, Cys145, dan His163.

Gambar 3. Interaksi molekuler senyawa fenolik berdasarkan studi molecular docking: A). Kadsurenin, B). Methysticin, C). Kavain, dan D). Dihydromethysticin dalam melawan protease primer COVID-19. Visualisasi mekanisme reaksi menggunakan Chimera 1.12 dan asam amino yang berinteraksi diperjelas dengan Ligplot

Selanjutnya, simulasi dilakukan menggunakan molecular dynamics untuk menguji stabilitas komposisi dari senyawa kompleks.

Molecular Dynamics

Selain dilakukan simulasi molecular docking, dua ligan kompleks dengan nilai docking terendah yaitu Kadsurenin dan Methysticin dengan energi ikatan 8 kcal/mol juga dilakukan simulasi Molecular Dynamics. Untuk memverifikasi konformasi dari reseptor-ligan meliputi konsistensi dan fleksibilitas yaitu dengan menggunakan RMSD (roor-mean-square-variance), RMSF (root-mean-square-fluctuation), dan Rg (gyration radious).

Berdasarkan pada kajian molecular docking yang kemudian dilanjutkan dengan simulasi molecular dynamics menunjukkan bahwa dari semua senyawa fenolik yang terkandung pada P. nigrum, Kadsurenin dan Methysticin merupakan kandidat terbaik yang berpotensi sebagai inhibitor enzim protease pada COVID-19. Hasil tersebut dapat dimanfaatkan lebih lanjut melalui uji in-vitro dan in-vivo untuk mengetahui potensinya dalam melawan virus COVID-19.

Selengkapnya, artikel dapat diakses pada: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.05.595