Abstract

Coronavirus disease 2019 (COVID-19), resulting from infection by the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), can cause severe and fatal pneumonia along with other life-threatening complications. The COVID-19 pandemic has taken a heavy toll on the healthcare system globally and has hit the economy hard in all affected countries. As a result, there is an unmet medical need for both the prevention and treatment of COVID-19 infection. Several herbal remedies have claimed to show promising clinical results, but the mechanisms of action are not clear. We set out to identify the anti-viral natural products of these herbal remedies that presumably inhibit the life cycle of SARS-CoV-2. Particularly we chose four key SARS-CoV-2 viral enzymes as targets: Papain-like protease, Main protease, RNA dependent RNA polymerase, and 2’-O-ribose methyltransferase, which were subjected to an unbiased in silico screening against a small molecule library of 33,765 compounds originating from herbs and medicinal plants. The small molecules were then ranked based on their free energy of fitting into the “druggable” pockets on the surface of each target protein. We have analyzed the best “fit” molecules and annotated them according to their plant sources and pharmacokinetic properties. Here we present a list of potential anti-viral ingredients of herbal remedies targeting SARS-CoV-2 and explore the potential mechanisms of action of these compounds as a framework for further development of chemoprophylaxis agents against COVID-19.

Graphic abstract

中文翻译：

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基于目标的计算机筛选针对 SARS-CoV-2 的植物活性化合物

摘要

由严重急性呼吸系统综合症冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 感染引起的 2019 年冠状病毒病 (COVID-19) 可导致严重和致命的肺炎以及其他危及生命的并发症。COVID-19 大流行对全球医疗保健系统造成了沉重打击，并对所有受影响国家的经济造成了沉重打击。因此，预防和治疗 COVID-19 感染的医疗需求尚未得到满足。几种草药声称显示出有希望的临床结果，但作用机制尚不清楚。我们着手确定这些草药中可能抑制 SARS-CoV-2 生命周期的抗病毒天然产物。特别是我们选择了四种关键的 SARS-CoV-2 病毒酶作为靶点：木瓜蛋白酶、主蛋白酶、RNA 依赖性 RNA 聚合酶、和 2'-O-核糖甲基转移酶，对源自草药和药用植物的 33,765 种化合物的小分子文库进行无偏计算机筛选。然后根据小分子在每个靶蛋白表面的“可药化”口袋中的自由能进行排序。我们分析了最“合适”的分子，并根据它们的植物来源和药代动力学特性对其进行了注释。在这里，我们列出了针对 SARS-CoV-2 的草药的潜在抗病毒成分，并探索这些化合物的潜在作用机制，作为进一步开发针对 COVID-19 的化学预防剂的框架。765 种源自草药和药用植物的化合物。然后根据小分子在每个靶蛋白表面的“可药化”口袋中的自由能进行排序。我们分析了最“合适”的分子，并根据它们的植物来源和药代动力学特性对其进行了注释。在这里，我们列出了针对 SARS-CoV-2 的草药的潜在抗病毒成分，并探索这些化合物的潜在作用机制，作为进一步开发针对 COVID-19 的化学预防剂的框架。765 种源自草药和药用植物的化合物。然后根据小分子在每个靶蛋白表面的“可药化”口袋中的自由能进行排序。我们分析了最“合适”的分子，并根据它们的植物来源和药代动力学特性对其进行了注释。在这里，我们列出了针对 SARS-CoV-2 的草药的潜在抗病毒成分，并探索这些化合物的潜在作用机制，作为进一步开发针对 COVID-19 的化学预防剂的框架。我们分析了最“合适”的分子，并根据它们的植物来源和药代动力学特性对其进行了注释。在这里，我们列出了针对 SARS-CoV-2 的草药的潜在抗病毒成分，并探索这些化合物的潜在作用机制，作为进一步开发针对 COVID-19 的化学预防剂的框架。我们分析了最“合适”的分子，并根据它们的植物来源和药代动力学特性对其进行了注释。在这里，我们列出了针对 SARS-CoV-2 的草药的潜在抗病毒成分，并探索这些化合物的潜在作用机制，作为进一步开发针对 COVID-19 的化学预防剂的框架。

图形摘要