Расшифровать вирус
Учёные исследуют структуру капсида вируса ВИЧ вот уже много лет; протеиновая оболочка защищает генетический материал вируса, помогая ослаблять иммунную систему заражённого вирусом человека.
Капсид представляет собой наружнюю мембрану (оболочку) вируса, которая, в свою очередь состоит из белковых (протеиновых) структур. Капсид ВИЧ уже много лет является целью, на которую направлена разработка новых антиретровирусных лекарств.
Узнав структуру, в дальнейшем можно сосредоточиться на изучении функционирования вируса, что приведёт к нахождению более эффективных методов борьбы с ним
Команды учёных обратились к широкому спектру передовых технологий для расшифровки его кода, от криоэлектронной микроскопии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса до криоэлектронной томографии и рентгеновской кристаллографии.
Теперь, благодаря небольшой помощи от суперкомпьютера Blue Waters, загадка получила своё разрешение, если верить исследовательской группе, опубликовавшей в мае статью в журнале Nature.
Blue Waters является относительно новым суперкомпьютером, который расположен в национальном центре суперкомпьютерных приложений в Иллинойском университете, из редкой породы машин петабайтного уровня.
Это означает, что он может управляться с обработкой одного квадриллиона операций над числами с плавающей запятой в секунду. Эти вычислительные возможности помогли соединить воедино части капсида ВИЧ, состоящего из более 1300 идентичных протеинов, формирующих конусообразную структуру, на атомном уровне.
«Это большая структура, одна из самых больших расшифрованных к настоящему времени», считает профессор Клаус Шультен (Klaus Schulten) из университета Иллинойса. «С самого начала было ясно, что расшифровка потребует симуляции огромного количества вариантов модели, состоящей из 64 миллионов атомов. Это самая большая опубликованная когда-либо симуляция».
Именно профессор Шультен возглавлял молекулярную симуляцию, в которой использовались данные от лабораторных экспериментов, проведённых в университетах Питтсбурга и Вандербильта.
«Соединение в правильном порядке всего капсида, состоящего из 64 млн. атомов, на основе различных экспериментальных данных, могло быть осуществлено только на основе метода компьютерной симуляции.
Мы использовали метод, названный молекулярной динамической гибкой сборкой (molecular dynamic flexible fitting). По существу, мы симулировали физические характеристики и поведение больших молекул, также включая в процесс имеющиеся данные, на основе которых анализировали поведение полученной модели».
Благодаря ранним работам, исследователям уже было известно, что капсид содержит набор идентичных протеинов, выстроенных в форме пятиугольников и шестиугольников.
При помощи электронного микроскопа было сделано предположение, что пятиугольники формируют наиболее крепкие скруглённые углы капсида. Однако, не было известно, как эти геометрические структуры располагаются относительно друг друга для формирования оболочки. Полная структура до настоящего времени оставалась неизвестной.
Теперь учёные сумели установить, что капсид состоит из 216 шестиугольных протеинов и 12 пятиугольных, выстроенных именно в том порядке, в котором и предполагалось на основе ранее полученных данных.
Данные фигуры состоят из идентичных протеинов, при этом, в зависимости от точного их места расположения на поверхности оболочки, различаются углы их соединения.
По мнению Шультена, этот феномен и является истинной загадкой капсида: «Как может единый тип протеина формировать столь различные структуры? Для этого он должен обладать в своей основе значительной степенью гибкости».
Пятиугольные структуры являются основой резкого искривления поверхности капсида, поэтому оболочка может оказаться закрытой структурой. Такая закрытость была бы невозможна в случае, если бы капсид состоял только из шестиугольников.
«Петаскалярные вычисления Blue Waters дали возможность исследователям опробовать новые методы вместе со структурной и электронной микроскопией и детально симулировать химическую структуру капсида ВИЧ. Это знание даст учёным возможность направить действие лекарств на мембраны оболочки».
Обладая знанием о структуре капсида, исследователи могут сосредоточиться на изучении вопроса его функционирования, что может привести к лучшему пониманию возможных методов лечения.
Понравилась публикация? Расскажите друзьям.
Встретиться в интернете:
Похожие публикации:
Опубликовано в 
Теги: