通过分子对接、模拟和 MM-PBSA 研究鉴定靶向菜豆金色花叶病毒 βC1 蛋白的植物次生代谢物

为控制菜豆金色花叶病毒（begomovirus）感染，研究人员筛选植物次生代谢物，发现 Anonaine 及其类似物有潜力，意义重大。

　　在广袤的农业世界里，植物病毒就像一群隐藏的 “破坏者”，给全球农作物带来了巨大的灾难。菜豆金色花叶病毒（begomovirus）便是其中的 “佼佼者”，它属于双生病毒科中最大且最重要的属，能通过粉虱以持久循环的方式传播，广泛感染多种双子叶植物，像番茄、辣椒、棉花等经济作物都深受其害。而且，它还与卫星 DNA 紧密合作，尤其是 β 卫星（betasatellites），共同对植物发起更猛烈的 “攻击”。

β 卫星携带的 βC1 蛋白是个 “多面手”，它在病毒感染过程中发挥着关键作用，能巧妙地对抗植物的防御机制，比如干扰基因沉默、调节防御激素和破坏泛素 - 蛋白酶体系统等，是病毒致病性的主要 “帮凶”。目前，虽然有一些药物如利巴韦林（ribavirin）和宁南霉素（ningnanmycin）用于控制植物病毒，但效果并不理想，它们的有效性还需要进一步验证。在这种情况下，寻找新的抗病毒化合物迫在眉睫。

植物本身含有丰富的次生代谢物，这些物质就像是植物的 “秘密武器”，能帮助植物抵御微生物和食草动物的侵害。从植物次生代谢物中筛选潜在的抗病毒化合物，不仅能为农业生产提供新的解决方案，还能减少化学农药的使用，保护环境。基于此，印度农业科学大学（University of Agricultural Sciences）等机构的研究人员开展了一项研究，旨在寻找能够靶向 βC1 蛋白的植物次生代谢物，为控制菜豆金色花叶病毒感染提供新的策略。相关研究成果发表在《Discover Plants》上。

研究人员为了开展此项研究，运用了多种技术方法。首先是生物信息学分析，通过 NCBI GenBank 获取 βC1 蛋白的相关序列，利用多种工具进行序列比对、进化分析以及预测蛋白的理化性质、结构和活性位点。接着进行分子对接，将 2851 种植物次生代谢物与 βC1 蛋白进行虚拟筛选，挑选出结合亲和力高的配体重新对接。然后进行分子动力学模拟，使用 GROMACS 软件对未结合的 βC1 蛋白以及 βC1 蛋白与筛选出的化合物形成的复合物进行 100 ns 的模拟，分析复合物的稳定性。最后采用 MM-PBSA 方法计算蛋白 - 配体复合物的结合自由能，评估相互作用强度，同时利用 ProTox II 服务器预测化合物的毒性 。

研究结果如下：

1. 蛋白分析：从 NCBI ORFfinder 检索到编码 βC1 蛋白的开放阅读框（ORF），其氨基酸序列与其他 βC1 蛋白序列比对后发现存在保守区域，活性位点的多数氨基酸也保守。构建的系统发育树显示，向日葵曲叶病相关的 β 卫星与番茄、马铃薯和番木瓜曲叶病的 β 卫星亲缘关系较近。βC1 蛋白的理化性质表明其分子量为 13,682.85 Da，等电点为 5.08，不稳定指数为 49.52，具有较高的热稳定性，亲水性较好。通过预测发现 βC1 蛋白只有一个结构域，属于 Pathogen_betaC1 家族。
2. 分子对接：通过 jdock 软件对 2851 种植物次生代谢物与 βC1 蛋白进行虚拟筛选，发现 1627 种代谢物具有有利的结合亲和力。阳性对照利巴韦林和宁南霉素的结合亲和力分别为 - 3.93 kcal/mol 和 - 2.42 kcal/mol，而 “Anonaine” 这种生物活性苄基异喹啉生物碱的结合亲和力高达 - 6.00 kcal/mol，表现突出。此外，还生成了 43 种 Anonaine 的类似物进行对接，其中 a33 和 a41 的结合亲和力分别为 - 6.8 kcal/mol 和 - 6.6 kcal/mol。
3. 分子动力学模拟和轨迹分析：对未结合的 βC1 蛋白、βC1 - Anonaine 以及 βC1 与 a33、a41 的复合物进行 100 ns 的分子动力学模拟。RMSD 和 RMSF 分析表明，βC1 蛋白与 Anonaine 及其类似物 a41 形成的复合物稳定性较高，构象变化和残基波动较小。Rg 和 SASA 分析显示，配体结合对 βC1 蛋白的折叠影响可忽略不计。氢键分析发现，所有 βC1 蛋白复合物在模拟过程中都能形成氢键，且 βC1 - a41 复合物形成的氢键数量较多。PCA 分析表明，βC1 - a41 复合物的原子波动较大，显示出与其他复合物的差异。
4. 结合自由能分析：使用 gmx_mmpbsa 工具计算 βC1 - Anonaine、βC1 - a33 和 βC1 - a41 复合物的结合自由能，结果分别为 - 16.99 ± 2.16 kcal/mol、 - 18.29 ± 1.91 kcal/mol 和 - 27.26 ± 2.11 kcal/mol，均为负值，表明蛋白与配体之间的相互作用较强。
5. 毒性预测：利用 ProTox - II 服务器预测化合物的毒性，结果显示 Anonaine 及其类似物 a33、a41 的半数致死剂量（LD₅₀）分别为 450 mg/kg、1000 mg/kg 和 240 mg/kg，分别属于 GHS 分类中的第 IV 类（有害）和第 III 类（有毒）。不过，这些化合物均未显示出肝毒性和细胞毒性，但部分化合物存在潜在的致癌性、免疫毒性和诱变性。

研究结论和讨论部分指出，该研究通过多种分析方法，确定了 Anonaine 及其类似物 a33 和 a41 与 βC1 蛋白具有较强的结合亲和力和稳定性，在控制菜豆金色花叶病毒感染方面具有潜在的应用价值。同时，毒性预测为后续化合物的筛选和优化提供了重要参考。然而，该研究仅基于计算机模拟分析，未来还需要通过体外实验和体内实验进一步验证这些化合物的抗病毒活性、安全性和有效性。这一研究为开发新型抗病毒化合物提供了新的思路和方向，有助于推动农业领域抗病毒研究的发展，有望为解决植物病毒危害问题提供更有效的方法。