Разработана новая методика по изучению внутренних механизмов SARS-CoV-2
Чтобы изучить внутренние механизмы коронавируса 2 тяжелого острого респираторного синдрома, или SARS-CoV-2, исследователи из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики разработали новую методику.
Команда, включающая ученых-вычислителей Дебсиндху Бховмика, Серену Чен и Джона Гаунли, провела моделирование молекулярной динамики нового вируса, вызвавшего пандемию заболевания COVID-19, на суперкомпьютере Summit в ORNL, системе IBM AC922. Затем исследователи проанализировали полученные результаты с помощью специализированного метода глубокого обучения, чтобы получить полную молекулярную картину шиповидного белка на поверхности вируса.
Этот метод позволил им выделить конкретные гибкие области, которые они изучили чрезвычайно подробно, чтобы выявить перспективные терапевтические мишени. Нацелившись на эти мишени, можно создать более надежные способы лечения, которые прерывают ключевые структурные переходы в жизненном цикле вируса и одновременно поддерживают естественный иммунный ответ организма.
"Лучшее понимание спайкового белка может дополнить существующие вакцины против вируса COVID-19, информируя о новых методах лечения и обеспечивая понимание дизайна потенциальных лекарств", - сказал Бховмик.
Используя код Nanoscale Molecular Dynamics, или NAMD, на Summit, самом мощном суперкомпьютере страны, исследователи смоделировали молекулярные структуры спайкового белка для SARS-CoV-2 и трех других коронавирусов человека: SARS-CoV-1, MERS-CoV и HCoV-HKU1.
После завершения этого уникального и всеобъемлющего сравнения четырех различных белков-шипов они сравнили компоненты и поведение SARS-CoV-2 с тысячами образцов структур других вирусов с помощью архитектуры глубокого обучения, называемой конволюционным вариационным автоэнкодером, или CVAE.
Эти усилия позволили выявить ранее не изученные области спайкового белка коронавируса, в которых целенаправленное медицинское вмешательство может предотвратить заражение здоровых клеток SARS-CoV-2.
"Все эти коронавирусы имеют протомеры, которые собираются в тример, что означает, что они имеют изначально гибкие структуры, которыми потенциально можно манипулировать во время сборки", - сказал Чен.
Исследователи обнаружили, что 2 части в спайковом белке становятся уязвимыми без присутствия определенных стабилизирующих структур, называемых бета-листами. Эти области - части домена S2, которые контролируют слияние мембран между вирусом и хозяином, и "шарнир", соединяющий субъединицы S1 и S2.
Кроме того, они обнаружили, что антитела распознают аналогичные участки в других белках-шипах коронавируса, что позволило команде сделать вывод о том, что прерывание формирования бета-листов и предотвращение взаимодействия протомеров друг с другом может предотвратить формирование стабильного тримера белка-шипа и усилить иммунный ответ на SARS-CoV-2.
"Мы считаем, что эти два региона участвуют в формировании тримера белка spike", - сказал Чен. "Применение лечения к этим регионам потенциально может предотвратить завершение вирусом этого процесса и заражение клеток хозяина"
Команда планирует продолжить изучение белка-шипа SARS-CoV-2 и ожидает, что их методы могут быть применены для проведения дополнительных анализов белков-шипов других сложных вирусов.
