С помощью суперкомпьютера декодирована структура, хранящая и защищающая генетический материал вируса иммунодефицита человека. Это открытие способно открыть новый фронт борьбы с вирусом – через атаку на капсид (внешнюю оболочку, защищающую его РНК), сообщает блог Txchnologist.
«Капсид жизненно важен для воспроизводства вируса. Если мы подробно изучим его структуру, то сможем придумать новые лекарства, останавливающие или вообще предотвращающие заражение. Это будет альтернативой базовым видам терапии. Они нацелены на тот или иной белок – но из-за высокой частоты мутаций резистентность вируса к лекарствам снижает их эффективность», – рассказывает Пэйцзюнь Чзан (Peijun Zhang), ведущий автор исследования, адъюнкт-профессор медицинского факультета Питтсбургского университета.
Решить поставленную задачу ученым было нелегко. Белковая оболочка ВИЧ состоит из сложных комбинаций белковых структур (из пяти и шести субъединиц), соединенных друг с другом в ассиметричную форму. Чтобы получить точную модель капсида, ученым понадобилось собрать вместе все 3-4 миллиона атомов, ее составляющих.
Поэтому исследователи разбили процесс на несколько этапов. Сначала Чзан и его коллеги – специалисты по структурной биологии – изучили белковые молекулы капсида через электронный микроскоп. Потом – визуализация того, как эти молекулы соединяются друг с другом.
Эти результаты они отослали физикам из Иллинойского университета, которые «забили» данные в Blue Waters – новый суперкомпьютер из Национального центра суперкомпьютерных приложений. Только вычислительные мощности Blue Waters (1 квадриллион операций в секунду) помогли аккуратно расставить 1,300 белковых молекул. Метод гибкого изображения молекулярной динамики позволил компьютерной модели не только расставить по местам все атомы капсиды, но и учесть все молекулы воды и ионы соли – в общей сложности 64 миллиона атомов.
«Это большая структура – одна из крупнейших, которую нам удалось “декордировать”. Сразу было ясно, что потребуется чудовищного объема моделирование. Грубо говоря, мы моделируем физические характеристики и поведение крупных молекул. Мы вводим в модель данные, и она сама двигается к тому, чтобы все данные были согласованы», – рассказывает Клаус Шультен (Klaus Schulten), физик из Иллинойского университета.
«Капсид очень чувствителен к мутациям. Если мы научимся “взламывать” его поверхность, то сможем нарушить его функции. Для защиты генома ВИЧ и его проникновения в клетки человеческого тела он должен сохранять неприкосновенность. Но попав внутрь клетки, ему приходится раскрыться, чтобы выпустить свое содержимое. Если мы разработаем лекарства, мешающие сборке и разборке капсида, и таким образом расстроим его функции, то мы остановим процесс воспроизводства вируса», – рассказывает Чзан.
Данные исследования опубликованы в журнале Nature.