Pandemia COVID-19 sprawiła, że naukowcy z całego świata zaangażowali się w poszukiwanie skutecznych leków, też jako alternatywy dla szczepień. Poza próbami znalezienia nowych substancji, które sprawdziłyby się w tej roli, rozważane jest wykorzystanie już istniejących leków przeznaczonych do leczenia innych chorób. Okazuje się, że pomocne w tym drugim przypadku mogą być komputerowe symulacje interakcji różnych leków z SARS-CoV-2, czyli wirusem wywołującym COVID-19. Jedną z najpopularniejszych metod w dziedzinie komputerowego wspomagania projektowania leków (CADD) i do identyfikacji potencjalnych leków jest dokowanie molekularne, pozwalające na szybkie analizowanie dużej liczby leków, oszczędzając w ten sposób ogromną ilość energii, czasu i kosztów. Chociaż badanych jest szereg leków syntetycznych, to związki naturalne obecne w roślinach mają tę przewagę, że wykazują wielokierunkową aktywność i są bezpieczne w stosowaniu. Spośród flawonoidów duży potencjał przeciw wirusowi wywołującemu COVID-19 ma rutyna, szeroko występująca w roślinach, stosowana też w lecznictwie. Rutyna hamuje szereg białek niezbędnych wirusowi do wniknięcia do komórki gospodarza i wywołania infekcji.

Odkrycie leku, który ograniczyłby rozprzestrzenianie się wirusa SARS-CoV-2, jest jednym z największych wyzwań stojących ostatnio przed ludzkością. Wirusy mają zdolność do szybkiej adaptacji i mutacji, co zmusza do poszukiwań coraz to nowych strategii terapeutycznych, aby przerwać cykl życiowy wirusa (blokowanie cyklu życiowego wirusa lub utrudnianie fuzji z błoną).

Znanych jest kilka flawonoidów, które uniemożliwiają proliferację wirusa przez hamowanie jego namnażania albo przez blokowanie wejścia do komórek gospodarza. Naturalnymi związkami o potencjalnym działaniu anty-SARS-CoV-2, poprzez zdolność wiązania się z receptorem ACE2, są: bajkalina, scutelaryna, hesperetyna, nikotianamina i glicyryzyna. Ponadto stwierdzono, że kwercetyna, daidzeina, pueraryna, epigallokatechina, galusan epigalokatechiny, galusan galokatechiny i kemferol hamują aktywność proteolityczną hydrolazy SARS-CoV 3CL. Nieustannie trwają prace przy użyciu metod obliczeniowych lub badań eksperymentalnych nad znalezieniem struktur, które mogą zakłócać cykl życiowy wirusa.

Interesującą strategią braną pod uwagę jako cel molekularny do powstrzymania rozprzestrzeniania się wirusa jest główna proteaza (Mpro), a silne działanie hamujące SARS-CoV-2 Mpro wykazują glikozydy flawonoidowe.

W pracy przeprowadzono badanie przesiewowe 38 związków (głównie flawonoidów), testując ich potencjalne działanie hamujące Mpro SARS-CoV-2, poprzez dokowanie molekularne i dynamikę molekularną (użyto oprogramowanie Autodock Vina, symulację dynamiki molekularnej prowadzono z pakietem GROMACS 2020 przy użyciu pola siłowego CHARMM36, zainstalowanego na systemie Linux). Uzyskane dane obliczeniowe sugerują, że zachodzą silne interakcje między flawonoidami z resztami cukrowymi i główną proteazą wirusa SARS-CoV-2. Wyniki te mogą stanowić obiecujący punkt wyjścia dla terapii przeciwwirusowych, które są alternatywą dla strategii szczepień.

Naturalne aglikony miały wysokie wyniki dokowania; z maksymalnym wynikiem uzyskanym dla pochodnej katechiny – EGCG przy -7,9 kcal/mol^-1, porównywalnym z wynikiem uzyskanym dla inhibitora N3 ko-krystalizowanego z proteazą (6LU7), stosowanego jako kontrola pozytywna (-7,5 kcal/mol).

Trzy związki o najwyższym powinowactwie do miejsca aktywnego to 3-ramnozyd kwercetyny, 3-rutynozyd mirycetyny i rutyna o energiach wiązania odpowiednio -9,7, -9,3 i 9,2 kcal/mol^-1, wyższych od uzyskanych dla inhibitora N3 (-7,5 kcal/mol^-1).

Spośród glikozydów flawonoidowych najwyższy wynik: -9,7 kcal/mol^-1 uzyskano dla 3-ramnozydu kwercetyny. Ważna też wydaje się pozycja wiązania cukru z aglikonem. Związki podstawione przy C-3 wykazują wyższe wyniki niż podstawione przy C-7. Dla genistyny, flawonoidu podstawionego w C-7, energia wiązania wynosi -7,5 kcal/mol^-1, podczas gdy dla podstawionych w C-3 datiscyny i hiperozydu: -8,2, -8,4 kcal/mol^-1. Na aktywność wpływa również charakter reszty cukrowej. Najaktywniejsze związki to flawonole, zawierające ramnozę lub rutynozę (6-O-α-L-ramnozylo-β-D-glukoza) w pozycji C-3. 3-ramnozyd kwercetyny i 3-rutynozyd mirycetyny wiążą się z większą siłą niż datiscyna, która w pozycji 3 jest podstawiona glukozą.

Główną niedogodnością w stosowaniu flawonoidów, jako naturalnych leków, jest ich niska biodostępność. Obecność reszt cukrowych zwykle zwiększa biodostępność odpowiedniego aglikonu flawonoidowego w zależności od charakteru podstawionego cukru. Wydaje się, że flawonoidy z glukozą wchłaniane są szybciej niż flawonoidy podstawione ramnozą, ramnoglukozą, rutynozą i neohesperydozą.

Przyjmuje się, że biodostępność glikozydów flawonoidowych jest osiągana przez część aglikonową w osoczu krwi, po odszczepieniu części cukrowej w wyniku hydrolizy enzymatycznej w przewodzie pokarmowym człowieka. Cząsteczki glukozy są łatwo hydrolizowane w komórkach nabłonka jelita cienkiego. Jednak brak ramnozydazy lub rutynozydazy w ludzkich komórkach sprawia, że biodostępność flawonoidów w dużej mierze zależy od ich hydrolizy przez bakterie jelitowe, jednak niewiele bakterii jelitowych może spowodować rozszczepienie tego typu wiązań.

Podsumowując, wiązanie flawonoidów w miejscu aktywnym proteazy jest wyraźnie strukturozależne; z większą siłą wiążą się flawonole mono- lub disacharydy podstawione w pozycji C-3, a najsilniejsze powinowactwo wiązania mają flawonoidy z ramnozą.