Mengenal SARS-CoV-2, Patogen Penyebab COVID-19 [Telaah Jurnal]

COVID-19 bukan lagi hal yang baru. Dimana-mana orang membicarakannya. Penyakit ini disebabkan oleh virus SARS-CoV-2. Untuk membahas virus ini, berikut saya coba sedikit menelaah intisari salah satu artikel di Jurnal Frontier in Cellular and Infection Microbiology berjudul “SARS-CoV-2: Structure, Biology, and Structure-Based Therapeutics Development” oleh Mei-Yue Wang et al (2020). Artikelnya dapat diakses disini. Semoga bisa jadi bahan catatan dan diskusi. Tulisan berikut barangkali hanya akan menggarisbawahi poin-poinnya saja mengenai SARS-CoV-2. Sebelum membaca lebih lanjut, ada baiknya menonton video menarik berikut ini.

Epidemiologi, Karakteristik, dan Manifestasi Klinis

Pada Desember 2019, WHO (World Health Organization) mendapat laporan bahwa di Wuhan, China, terjadi wabah radang paru (pneumonia) yang tidak diketahui penyebabnya. Pada 30 Januari 2020, WHO mendeklarasikan penyakit ini sebagai gawat darurat internasional (PHEIC-public health emergency of international concern). Pada 11 Februari 2020, asosiasi penamaan virus (ICTV-International Committe on Taxonomy of Viruses) menamai virus penyebab penyakit ini SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2) dan WHO menamai penyakitnya COVID-19 (Coronavirus Disease-2019). Setidaknya sampai 11 Oktober 2020, kasus konfirmasi COVID-19 mencapai 37 juta dan 1 juta kematian di seluruh dunia dengan jumlah kumulatif terbanyak ada di USA, India, dan Brazil.

Asal usul SARS-CoV-2 diduga datang dari kelelawar. Alasannya, karena struktur genom SARS-CoV-2 ini 96% paling dekat dengan strain (cabang silisilah kekerabatan) Coronavirus BatCov RaTG13 pada kelelawar. SARS-like coronavirus BatCov RaTG13 ini diduga bermutasi dan berevolusi menjadi SARS-CoV-2 dan menginfeksi manusia. Studi lainnya menemukan kemiripan 99% dengan betacoronavirus yang ditemukan di pangilon, hewan mirip trenggiling. Oleh sebab itu, COVID-19 termasuk penyakit yang ditransmisikan dari hewan ke manusia, atau zoonosis.

Saat ini sudah ada 2 strain SARS-CoV-2 yang ditemukan, yaitu tipe L dan tipe S. Tipe strain ini dibedakan berdasarkan susunan genetiknya, yaitu terdapatnya single nuclotide polymorphisms (SNPs: dibaca snips), atau perbedaan nukleotida pada asam nukleat, yakni di lokasi sekuen ke 8.782 dan 28.144 (Baca teori sekuens DNA disini). Tipe L merupakan mayoritas (70%), sementara tipe S adalah versi pendahulunya.

SARS-CoV-2 ditularkan via fomit, a.k.a benda mati, dan droplet, ketika terdapat kontak yang tidak diproteksi. Sumber penularan utamanya adalah orang yang terinfeksi, baik bergejala maupun tidak bergejala. Virus ini juga bisa ditularkan melalui kontak tidak langsung, misalkan dropletnya jatuh ke tangan, lalu tangan menyentuh membran mukosa mulut, hidung, dan mata, sehingga terjadi perpindahan dan infeksi.

Studi juga menunjukkan potensi penularan via aerosol, alias embun halus, yang terbang terbawa aliran udara. Pernah juga ditemukan bukti penyebaran lewat fekal-oral, dari feses ke mulut, terutama pada anak-anak. SARS-CoV-2 bisa menyebar di organ pencernaan dan saluran kemih. Untuk penyebaran dari ibu hamil ke janin, belum cukup bukti ilmiah. Mengingat data epidemiologi saat ini, setiap orang dapat menjadi sumber penular, dengan median umur 50 tahun.

Manifestasi klinis yang ditimbulkan oleh SARS-CoV-2 berbeda sesuai umur. Orang berusia di atas 60 tahun lebih parah, di bawah itu lebih ringan. Hal ini dilihat dari level nitrogen urea darah (BUN), indikator inflamasi, dan lesi di paru-parunya. Angka risiko kematian (CFR) umur 70-79 tahun adalah 8,0%, artinya setiap 100 orang terinfeksi, 8 mati. Gejala paling banyak yakni demam dan batuk kering. Mayoritas pasien menderita pneumonia bilateral (kedua parunya meradang), leukopenia dan limfopenia (penurunan sel darah putih).

Berdasarkan gejala ini COVID-19 dibedakan jadi tiga, ringan, berat dan kritis. Sebagian besar pasien tergolong ringan lalu sembuh sendiri. Kasus infeksi tanpa gejala juga dilaporkan, tapi sebagian besar orang yang tanpa gejala ini menunjukkan gejala setelah teridentifikasi positif. COVID-19 ringan meliputi demam, batuk, letih dan penumonianya bisa tidak ada atau minimal. Kasus berat disertai dengan sulit bernapas, saturasi oksigen kurang dari 93%, frekuensi napas jadi cepat >30/menit, dengan infiltrat paru >50% dalam 24-48 jam. Orang ini perlu ICU. Sementara itu kasus kritis, telah terjadi sesak napas berat (ARDS) hingga gagal nafas, syok sepsis, gagal multi organ, asidosis metabolik parah, dan gangguan pembekuan darah.

Struktur SARS-CoV-2

Secara binomial nomenklatur, coronavirus tergolong dalam famili Coronaviridae, subfamili Coronavirinae. Subfamili ini punya 4 genera, yakni Alpha, Beta, Gamma, dan Deltacoronavirus. Genom CoV berukuran 27-32 kb, tergolong single stranded positive-sense RNA (+ssRNA), atau virus yang mengandung RNA rantai tunggal yang dapat langsung ditranslasikan/ diterjemahkan oleh ribosom sel tubuh menjadi protein tanpa mesti diubah dulu menjadi mRNA (baca teori DNA di sini). Virus ini punya protein struktural yang membangun tubuh si virus itu sendiri, dan protein non struktural yang melakukan fungsi-fungsi tertentu. Protein struktural coronavirus terdiri dari protein nukleokapsid (N), yang membentuk kapsid terluar genom. Kapsid ini dibungkus oleh envelope, yang tersusun dari protein membran (M), spike (S), dan envelope (E).

SARS-CoV-2 merupakan salah satu virus corona yang tergolong genera Betacoronavirus linea 2B, dengan ukuran genom lebih kurang 29.9 kb. Virus ini punya 4 protein struktural, yakni N, M, S dan E, serta 16 protein non strukutral (nsp1-16). Nsp 1 berguna untuk replikasi dan prosesing RNA. Nsp 2 mengatur sinyal pertahanan melawan sel host. Nsp 3 memisahkan protein hasil translasi. Nsp 4 mempengaruhi membran retikulum endoplasma sel host. Nsp5 berperan dalam proses poliprotein pada replikasi. Nsp6 merupakan domain transmembran. Nsp7 dan nsp8 meningkatkan afinitas nsp12 dengan template-primer RNA. Nsp9 sebagai protein perekat ssRNA. Nsp10 untuk metilasi mRNA. Nsp12 mengandung RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) yang penting untuk replikasi/transkripsi. Nsp13 beriktan dengan ATB dan domain zinc-binding pada proses replikasi/transkripsi. Nsp14 adalah domain proofreading exoribouclease. Nsp15 berperan dalam aktivitas Mn(2+) dependent endoribonuclease. Dan Nsp16 adalah enzim 2′-O-ribose methyltransferase.

Frontiers | Antivirals Against Coronaviruses: Candidate Drugs for SARS-CoV-2  Treatment? | Microbiology
Struktur SARS-CoV-2 (https://www.frontiersin.org)

Spyke glicoprotein (protein S) adalah protein yang menonjol di permukaan virus corona dan berfungsi untuk proses masuknya virus ke dalam sel. Protein S ini ada 2 subunit, yaitu S1 dan S2. S1 merupakan subunit untuk berikatan dengan reseptor sel host, sementara S2 bergabung dengan membran sel host. Protease sel host, yakni furin, harus membelah subunit S1 terlebih dulu agar subunit S2 menjadi aktif. Sub unit S1 terdiri dari N-terminal domain (NTD) dan receptor binding domain (RBD). Bagian RBD ini akan berikatan dengan reseptor sel host, yakni angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). Fase RBD ini ada dua, tertutup dan terbuka. Pada saat RBD terbukalah ia bisa melekat dengan reseptor ACE2 membentuk kompleks RBD-ACE2. Setelah itu, bagian S2, yakni HR1 dan HR2 akan berfusi dengan membran sel host.

Struktur protein spike SARS-CoV-2. Gambar A jika dipanjangkan, gambar B dalam bentuk utuh, baik saat tertutup dan terbuka. Tanda panah menunjukkan posisi pembelahan S1/S2 oleh furin.

Afinitas atau kekuatan ikatan kompleks RBD-ACE2 pada SARS-CoV-2 lebih tinggi dari SARS-CoV, karena ikatan antar protein di RBD dengan ACE2 nya lebih banyak.

Struktur kompleks RBD-ACE2.

Protein penting lainnya pada SARS-CoV-2 adalah RNA-Dependent RNA Polymerase (RdRp). Protein ini terletak pada nsp12. Gunanya adalah untuk proses replikasi dan transkripsi genom virus. Nsp12 harus dibantu oleh nsp7 dan nsp8 untuk melekat dengan baik dengan template-primer RNA virus, sehingga nantinya proses penggandaan genom virus berlangsung optimal. Sederhananya, RdRp berguna untuk mengkatalisasi sintesis RNA, atau mempercepat pembentukan RNA baru. Dari strukurnya, RdRp terletak di posisi C-terminus dari protein nsp12. Saat ini, RdRp merupakan target terapi yang potensial untuk mencegah virus memperbanyak dirinya.

Strukur kompleks protein nsp12-nsp7-nsp8, baik saat sebelum berikatan dengan template-primer RNA dan setelah berikatan.

Protein berikutnya yang penting adalah Main Protease (Mpro). Gunanya adalah untuk menghidrolisisi poliprotein non stuktural virus, atau “memotong-motong” protein non strukutural menjadi bagian-bagian tertentu, dan penting untuk replikasi dan transkripsi gen virus.

Obat untuk melawan SARS-CoV-2

Sejauh ini, ada tiga modalitas utama untuk mengobati COVID-19, yaitu: antibodi, inhibitor, dan vaksin. Tiga modal ini bertujuan untuk menghambat hingga memusnahkan SARS-CoV-2 yang masuk hingga menginfeksi tubuh manusia. Peneliti telah berupaya mengembangkan obat-obatan yang potensial untuk digunakan melawan virus ini, beberapa di antaranya adalah sebagai berikut.

Antibodi monoklonal (MAb) terhadap SARS-CoV-2 didesain dengan menargetkan struktur virus atau sel host untuk dijadikan tempat perlekatan. Jika antibodi melekat dengan antigennya, maka proses penghancuran virus dapat lebih mudah dilakukan oleh sel imun, baik secara netralisasi, opsonisasi, maupun aktivasi komplemen sebelum virus masuk ke sel untuk menginfeksi. (Baca teori antibodi di sini). Selain itu perlekatan antibodi pada antigen akan mengganggu fungsi antigen tersebut sehingga mengganggu infeksi terjadi. Antibodi monoklonal yang ditemukan sejauh ini antara lain:

  • Meplazumab, bekerja memblokir CD147, reseptor virus corona lainnya di permukaan sel kita, terutama sel yang telah terinfeksi. Obat ini menghabat RBD SARS-CoV-2 berikatan dengan reseptor tersebut.
  • MAb dengan target protein Spike terutama NTD: MAb 4A8.
  • MAb dengan target protein Spike terutama RBD: MAb 47D11, CR3022, B38, H4, CA1, CB6, P2B-2F6, REGN10987, REGN10933, dan BD-23.

Inhibitor SARS-CoV-2 adalah senyawa kimia yang memperlihatkan efek inhibitor pada infeksi SARS-CoV-2. Senyawa tersebut antara lain:

  • Remdesivir, yaitu analog adenosin, menunjukkan potensi inhibisi terhadap RdRp. Obat ini dapat bersifat spektrum luas untuk RNA virus. Remdesivir adalah prodrug, dan akan berubah menjadi bentuk trifosfat (RTP) di dalam sel untuk dapat menjadi aktif. Remdesivir berikatan menghambat RdRp dengan cara berikatan secara kovalen pada primer RNA yang sedang ditranskripsi untuk menterminasi rantai RNA yang dibentuk.
  • Favipiravir, mekanisme sama dengan Remdesivir.
  • N3, menghambat aktivitas Main Protein dengan membentuk kompleks Mpro-N3.
  • 11a dan 11b, menghambat aktivitas Mpro dengan berikatan di AA cystein 145 Mpro.
  • Camostat mesylate, menghambat TMPRSS2 dan TMPRSS4, yakni protease di mukosa tubuh kita yang ikut berperan saat virus masuk ke sel.
  • Carmofur, menghambat main protein membentuk kompleks Mpro-carmofur.
  • Lipopeptide EK1C4, menghambat protein S HR1 dan HR2 yang penting untuk fusi virus ke sel.

Vaksin SARS-CoV-2. Seperti kita tahu, vaksin berfungsi terutama membentuk kekebalan adaptif terhadap patogen spesifik, dalam hal ini SARS-CoV-2, baik secara humoral maupun seluler, sehingga saat patogen yang sama masuk kedua kalinya, tubuh sudah siap langsung memusnahkan patogen tersebut. Sampai 17 Oktober 2020, sudah ada 177 kandidat vaksin COVID-19. Berikut beberapa jenis vaksin yang utama:

  • mRNA-1273, yakni vaksin berbasis mRNA. Cara kerjanya yakni menstimulasi eksrpesi target antigen setelah diinjeksi mRNA yang dibungkus di dalam nanopartikel. Vaksin mRNA-1273 mensintesis protein spike. Vaksin ini akan menstimulasi respon antivirus yang menargetkan protein spkie SARS-CoV-2. mRNA ini dapat dibuat tanpa virus.
  • vaksin vektor rekombinant adenovirus tipe 5 (Ad5), menargetkan protein spike.
  • PiCOVacc, yaitu vaksin yang berisi virus yang diinaktivasi. Targetnya adalah virus secara keseluruhan.
  • Vaksin DNA, yaitu vaksin yang dapat mengekspresikan protein spike.
  • Vaksin universal Betacoronavirus, yang menargetkan tidak hanya untuk COVID-19, tapi juga MERS, dan SARS. Target vaksinnya adalah RBD.
Sitasi: Wang, M. Y., Zhao, R., Gao, L. J., Gao, X. F., Wang, D. P., & Cao, J. M. (2020). SARS-CoV-2: Structure, Biology, and Structure-Based Therapeutics Development. Frontiers in cellular and infection microbiology10, 587269. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.587269

Cover image: https://roche63-h.assetsadobe2.com/

Your Comment

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s