Дослідження можуть призвести до поліпшення лікування та вакцин проти Еболи, COVID-19;
Застереження: Ця сторінка є автоматичним перекладом цієї сторінки спочатку англійською мовою. Зверніть увагу, оскільки переклади створюються машинно, не всі переклади будуть ідеальними. Цей веб-сайт та його веб-сторінки призначені для читання англійською мовою. Будь-який переклад цього веб-сайту та його веб-сторінок може бути неточним і неточним, повністю або частково. Цей переклад подано на практиці.
У розпал глобальної пандемії з COVID-19 важко зрозуміти, наскільки пощастило тим, хто за межами Африки, уникнути смертельної вірусної хвороби вірусу Ебола. Це втрачає працездатність своїх жертв незабаром після зараження масивною блювотою або діареєю, що призводить до смерті від втрати рідини приблизно у 50 відсотків постраждалих. Вірус Ебола передається лише через тілесні рідини, відзначаючи головну відмінність від вірусу COVID-19 та вірусу, який допоміг Еболі поширюватися.
Спалахи Еболи продовжують процвітати в Західній Африці, хоча вакцина, розроблена в грудні 2019 року та вдосконалення догляду та стримування, допомогли тримати Еболу в руці.
Суперкомп'ютерне моделювання командою з Університету штату Делавер, яка включала студентів, підтриманих програмою XSEDE LICENSE, додає суміші та допоможе зламати захист від спірального генетичного матеріалу Ебола. Це нове дослідження може допомогти привести до відкриттів у лікуванні та вдосконалення вакцин проти Еболи та інших смертельних вірусних захворювань, таких як COVID-19.
"Наші основні висновки стосуються стабільності нуклеокапсиду Ебола", - сказав Хуан Р. Перілла, доцент кафедри хімії та біохімії Університету штату Делавер. Perilla співавтор дослідження, опублікованого в жовтні 2020 року в журналAIP з хімія фізика. Він зосередився на нуклеокапсиді, білковій оболонці, яка захищає від захисних сил організму, які генетичний матеріал Ебола використовує для відтворення.
Ми виявили, що вірус Ебола еволюціонував, щоб регулювати стабільність нуклеокапсиду, утворюючи електростатичні взаємодії з його РНК, його генетичним матеріалом. Існує ефект між РНК і нуклеокапсидом, який утримує її разом. "
Хуан Р. Перілла, доцент кафедри хімії та біохімії Делаверського університету
Як і коронавіруси, вірус Ебола залежить від нуклеокапсиду, як стрижень та гвинтовий спіраль, щоб завершити термін його корисного використання. Зокрема, структурні білки, що називаються нуклеопротеїнами, об’єднуються у спіральну структуру, щоб інкапсулювати одноланцюговий геном вірусної РНК (ssRNA), що утворює нуклеокапсид.
Дослідження, проведене Періллою та її науковою групою, розглядало молекулярні детермінанти стабільності нуклеокапсидів, такі як упаковка генетичного матеріалу ssRNA, електростатичний потенціал системи та розташування залишків у ній. Ці знання необхідні для розробки нових препаратів проти Еболи. Проте ці аналізи залишаються недосяжними навіть для найкращих експериментальних лабораторій у світі. Однак комп'ютерне моделювання може і заповнило цю прогалину.
"Ви можете мислити симуляційну роботу як теоретичне продовження експериментальної роботи", - сказала співавтор Таня Нестерова, студент-дослідник в лабораторії Perilla. "Ми виявили, що РНК сильно негативно заряджена і допомагає стабілізувати нуклеокапсид завдяки електростатичній взаємодії з переважно позитивно зарядженими нуклеопротеїнами",.
Нестерова отримала фінансування від експертного наставництва XSEDE, що надає можливості для роботи, освіти та наукових досліджень (AUTHORIZE) у 2019 році, що підтримує студентів-студентів, які беруть участь у реальній роботі XSEDE.
"Це була ефективна програма", - сказав він. «Цього літа ми використовували обчислювальні засоби, такі як шлюзи. Ми також регулярно спілкувалися з Координатором, щоб не відставати від нас. "
Команда розробила моделювання молекулярної динаміки нуклеокапсиду Ебола - системи, що містить 4,8 мільйона атомів. Вони використали структуру кріоелектронної мікроскопії вірусу Ебола, випущеного в природі в жовтні 2018 року, для своїх специфікацій при побудові моделі.
"Ми створили дві системи", - заявив співавтор Chaoyi Xu, докторант, який навчався в лабораторії Perilla. “Однією із систем є нуклеокапсид Ебола з РНК. А інший - це просто нуклеокапсид як контроль. "
"Після того, як ми встановили всю трубку, ми поміщаємо кожен нуклеокапсид у середовище, яке асимілюється до клітини", - пояснив Сю. Вони в основному додавали іони хлориду натрію, а потім регулювали концентрацію відповідно до тієї, що міститься в цитоплазмі. Вони також помістили рамку з водою всередину навколо нуклеокапсиду. "І тому ми провели дуже потужне моделювання", - додав Сюй.
Екстремальне середовище відкриття науки і технологій (XSEDE), що фінансується NSF, присудило розподіл ресурсів команди Supercomputing System на системі Stampede2 Техаського передового обчислювального центру та шлюзної системи Pittsburgh Supercomputing Center.
«Ми дуже вдячні за суперкомп'ютерні ресурси, надані XSEDE, завдяки яким ця робота стала можливою. XSEDE також проводив навчання через онлайн-курси, що було корисно », - сказав Сюй.
"На Stampede2 ми маємо доступ до моделювання, що працює на сотнях і навіть тисячах вузлів", - продовжив Сю. «Це дозволяє нам проводити моделювання більших систем, наприклад, нуклеокапсиду Ебола. Це моделювання неможливо виконати локально. Це дуже важливо », - сказав він.
"Мені подобається, як із шлюзами, коли ви запускаєте симуляцію, ви можете бути в курсі того, коли вона завершується і коли вона починається", - додала Нестерова. Він сказав, що це було корисно для створення скриптів Slurm, які допомагають керувати та планувати функції на обчислювальних полях.
"Ми щойно почали використовувати Frontera для проекту" Ебола ", - додав Сюй. Frontera - це флагманська система NSF Tier 1 на рівні TACC, яка зайняла 9 місце у світі за версією Top500. «Це потужніше, оскільки воно має найновішу архітектуру процесора. І він дуже швидкий, - сказав він.
"Frontera є частиною інфраструктури TACC", - сказала Перілла. “Ми знали, які засоби розробки там будуть, а також хвостову систему та інші складності цих машин. Це дуже допомогло. Що стосується архітектури, ми знайомі зі Stampede2, хоча це інша машина. Наш досвід роботи зі Stampede2 дозволив нам швидко перейти до використання Frontera », - сказав він.
Наукова група змоделювала взаємодію атомів нуклеокапсиду вірусу Ебола та виміряла, як вони змінюються в часі, надаючи корисну інформацію про атомні взаємодії. Вони виявили, що без РНК нуклеокапсид Ебола зберігав форму, як трубка. Але упаковка мономерів нуклеопротеїдів стала брудною, і її спіральна симетрія була зруйнована. За допомогою РНК вона підтримувала свою спіраль. Їх результати показали, що зв'язування РНК стабілізувало спіраль і зберегло структуру нуклеокапсиду вірусу Ебола.
Команда також виявила важливі взаємодії між залишками нуклеопротеїнів та ssRNA, а також взаємодії між двома нуклеопротеїнами.
«Між парами нуклеопротеїнів, які утворюють спіральну структуру, є два види сусідніх поверхонь. Ми з’ясували, яка з цих ігор сусідніх поверхонь відіграє головну роль. Ми можемо або націлити цей зв'язок на дестабілізацію спіральної схеми, або на стабілізацію спіральної композиції настільки, щоб вірус нуклеокапсид не міг розібратись », - сказав співавтор Нідхі Катіал з дослідження, докторант в лабораторії Perilla.
Вірус Ебола - жорсткий організм, оскільки він сильно регулює свій високомолекулярний набір. Перілла запропонував, що замість спроб розробляти препарати, що руйнують нуклеокапсид, хороша стратегія може зробити навпаки.
"Якщо ви зробите його занадто стабільним, досить знищити вірус", - сказав він. Позичаючи стратегію власного руху у дослідженнях щодо ВІЛ, він хоче знайти цілі для ліків, щоб надмірно стабілізувати вірус Ебола та утримати його від вивільнення генетичного матеріалу, що є ключовою операцією у його реплікації.
"Перілла" запропонувала подібну стратегію щодо інших патогенних мікроорганізмів, які мають високу регуляцію, таких як коронавіруси та віруси гепатиту В. "Вони, як кажуть, прекрасне місце. Ми знаємо, що підтримує стабільність. Інші команди можуть подивитися, чи, можливо, це хороший сайт для наркотиків, щоб зробити його гіпостабільним або зробити гіперстабільним ”, - сказала Перілла.
Замислюючись вперед, Перілла сказав, що його лабораторія уважніше вивчить деталі послідовності ssRNA та чи підтримує вона стабільність трубки нуклеокапсиду вірусу Ебола. Якщо це станеться, тоді деякі ділянки можуть бути оголені і можуть бути спочатку транскрибовані, подібно до того, що відбувається в ядрі клітини. Ле Перілла зазначив, що це було б "невідомо про вірус", і надзвичайно просунута поведінка з точки зору РНК, що регулює транскрипцію.
Сказав Перілла: “Ми знаємо, що буде більше патогенів, які просто продовжують надходити, особливо зараз з коронавірусами, і він може зупинити світ. Суспільству вигідно мати можливість вивчати не лише вірус, а застосовувати ці методи для вивчення нового вірусу, чогось типу коронавірусів. Крім того, можливість підготовки нових слухачів, таких як Таня, забезпечує платників податків співвідношенням ціна/якість з точки зору навчання наступного відновлення, передачі знань від інших вірусів та боротьби з поточними проблемами. "