Průkopnický výpočetní model celého viru SARS-CoV-2 odpovědného za COVID-19

Spuštění úplného modelu celého viru je výpočetně obtížné, ale nový rámec vytvořený vědci z University of Chicago umožňuje vědcům spustit užitečnou zjednodušenou verzi, aby lépe pochopili, jak funguje SARS-COV-2. Uznání: Yu et al., „Multiscal coarse-grained model of SARS-CoV-2 Virion“, Biophysical Journal (2021)

Průkopnický víceúrovňový model umožňuje vědcům zapojit se a lépe porozumět informacím při nových objevech.

Výzkumní pracovníci v University of Chicago vytvořili první použitelný výpočetní model celého viru odpovědného za COVID-19—A zpřístupnit tento model široce dostupným, aby pomohl zlepšit výzkum během pandemie.

„Pokud pochopíte, jak virus funguje, je to první krok k jeho zastavení,“ uvedl Prof. Gregory Voth, jehož tým vytvořil model publikovaný v Biofyzikální deník. „Každá věc, kterou víte o životním cyklu a složení viru, je zranitelným bodem, kde jej můžete zasáhnout.“

Voth a jeho tým se při hledání nejdůležitějších charakteristik každé jednotlivé složky viru spoléhali na své předchozí zkušenosti a vynechali „méně důležité“ informace, aby vytvořili výpočetní model, který je komplexní, ale přesto proveditelný pro práci na počítači. Tato technika se nazývá hrubozrnná, což Woth a jeho studenti pomohli stát se průkopníky.

Zjednodušený rámec pomáhá řešit klíčový problém ve zdravotnickém výzkumu: i když je virus jednou z jednodušších biologických entit, výpočetní modelování zůstává velkou výzvou – zejména pokud chcete modelovat jakoukoli interakci viru s tělem hostitele, což by představovalo miliardy atomů.

„Můžete zkusit utéct atommodel skutečného celého viru, ale výpočetně by vás to hned unavilo, “řekl Voth. „Mohl bys s ním pracovat dostatečně dlouho, abys mohl modelovat, řekněme, pohyb v hodnotě několika stovek nanosekund, ale není to opravdu dost dlouho na to, abychom zjistili nejužitečnější informace.“

Mnoho vědců se proto zaměřilo na vytváření modelů jednotlivých virových proteinů. Ale Voth řekl, že zatímco používá tento segmentovaný proces, chybí mu také část širšího obrazu.

„Každá věc, kterou víte o životním cyklu a složení viru, je zranitelným bodem, kde jej můžete zasáhnout.“

Prof. Gregory Voth

„Virus sám o sobě je celostní věc,“ řekl Voth, profesor počítačů a chemie Haig P. Papazian. „Podle mého názoru nemůžete předpokládat, že můžete jednotlivé části sledovat jednotlivě. Viry nejsou jen souhrnem jejich částí. “

Voth uvedl, že jeho laboratoř roky pracuje na modelování dalších virů, jako je HIV. Jednou z lekcí, které se naučili, je, že více částí viru funguje ve spolupráci.

Vědci by například mohli zkoumat lék, který se váže na proteiny třídy na povrchu viru, aby se zabránilo jejich vazbě na hostitelské buňky. “Jednou z hlavních věcí, které byste možná chtěli vědět, je, musíte každý proteinový protein dávkovat, aby fungoval?” Pokud ne, jak nízké procento vám může uniknout? “Řekl Voth.” Toto je klíčová otázka, když se pokoušíte vytvořit léky nebo protilátky, a je to něco, čemu nejlépe porozumíte, když se podíváte na celý virus. “

Tento model také poskytuje rámec, ve kterém mohou vědci integrovat další informace o viru SARS-COV-2, jakmile dojde k novým objevům.

Voth doufá, že se tento model osvědčí při navrhování koronavirových léků a také pro pochopení mutací, které mohou nastat, jako je ta nedávno objevená ve Velké Británii. Model si může stáhnout kdokoli a použít jej pro svůj výzkum.

„Vytvoření multiškulárního modelu celého viru a rychlá integrace všech těchto informací je velkým technologickým krokem vpřed,“ uvedl Voth. „Jsem na svou laboratoř opravdu hrdý. Udělali jsme to v rekordním čase, opravdu – jen pár měsíců. Pokud bude pro tuto pandemii něco, doufám, že to zlepší naše nástroje pro boj s viry mimo COVID-19 – jako je chřipka, HIV a jakékoli nové koronaviry, které se v budoucnu objeví. “

Prvním autorem studie byl postdoktorský výzkumník Alvin Yu. Dalšími autory z UChicago byli Alexander Pak, Peng He a Viviana Monje-Galvan. Dalšími spoluautory byli Lorenzo Casalino, Zied Gaieb, Abigail Doommer a Rommie Amaro z Kalifornské univerzity v San Diegu.

Počítačové zdroje poskytly Research Computing Center na University of Chicago, Frontera v Texas Advanced Computing Center a Pittsburgh Super Computing Center.

Odkaz: „Hrubý zrnitý model SARS-CoV-2 Virion “, autor: Alvin Yu, Alexander J. Pak, Peng Hea, Viviane Monje-Galvan, Lorenza Casalina, Zieda Gaieba, Abigail C. Dommer, Rommie E. Amar a Gregory A. Voth, 5. ledna 2021, Biofyzikální deník.
DOI: 10.1016 / j.bpj.2020.10.048
bioRxv: 10.1101 / 2020.10.02.323915

Financování: National Science Foundation, National Institutes of Health, RCSA Research, UC San Diego Moore Cancer Center

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Agresivní tržní model vývoje energie z jaderné syntézy

Koncept ARC Fusion Pilot Plant byl vyvinut na MIT, aby demonstroval potenciál vysokoteplotních supravodivých magnetů pro nastavení hodnoty rychlosti fúzní energie և. Půjčka:...

Sekvence 64 úplných lidských genomů k zachycení lepší genetické rozmanitosti

Struktura genomu. Zápočet: NIH Sekvence 64 lidských genomů poslouží jako nový odkaz na genetické modifikace a predispozici k lidským chorobám Vědci z University of Maryland...

LSD může nabídnout udržitelnou léčbu úzkosti a jiných duševních poruch

McGill studoval krok v porozumění mechanismu vlivu psychedelik na mozek a potenciálu pro terapeutické použití. Vědci z McGill University poprvé objevili jeden z možných mechanismů,...

Nenechte si ujít příští úplněk – sníh, bouře a hladový měsíc

Uznání: NASA / Bill Dunford Příští úplněk je měsíc se sněhem, bouří a hladem; měsíc během svátků svátku Puim; festival čínských luceren; Magha Purnima a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.