超级计算机分析揭示了为什么英国、南非的冠状病毒变种更具传染性、致命性

COVID-19变体

TACC的Frontera超级计算机辅助工具在建立感染模型新型冠状病毒肺炎变体。

所有病毒都会变异,因为它们使自己的副本传播和茁壮成长。SARS-CoV-2事实证明,导致COVID-19的病毒也不例外。COVID-19目前有4000多种变种,在大流行期间已经导致全球270多万人死亡。

英国的这种变种,也称为B.1.1.7,于2020年9月首次被发现,现在英国98%的COVID-19病例都是由这种变种引起的。在过去的几个月里,病毒已经传播到大约100个国家,包括法国、丹麦和美国,似乎在这些国家中获得了牢固的控制。

世界卫生组织表示,B.1.1.7是与南非和巴西出现的其他人的几种变体之一。

“英国,南非和巴西变种比原来病毒更容易具有传染性和逃避免疫力,”美国天主教大学的研究科学家Victor Padilla-Sanchez说。“我们需要了解他们为什么更传染性,在许多情况下,更致命。”

所有这三种变体都经历了它们的刺突蛋白的变化——这是病毒附着在人类细胞上的部分。因此,它们更善于感染细胞并传播。

在2021年1月发表的一篇研究论文中研究理念和结果, Padilla-Sanchez详细讨论了英国和南非的变种。他提出了一个计算分析的结构刺突糖蛋白结合到ACE2受体的突变已经被引入。他的论文概述了为什么这些变异能更好地与人类细胞结合。

他说:“我一直在分析最近发表的SARS-CoV-2与ACE2受体结合的尖峰结构,并发现了为什么新的变种更具传染性。”“这些发现是使用加州大学旧金山分校的Chimera软件和德克萨斯高级计算中心(TACC)的Frontera超级计算机进行分子动力学模拟得出的。”

Padilla-Sanchez发现英国的突变在spike糖蛋白中有许多突变,但最重要的是一个突变,N501Y,在与ACE2受体相互作用的受体结合域。

维克多Padilla-Sanchez

Victor Padilla-Sanchez是美国天主教大学的研究科学家。资料来源:美国天主教大学

“这种N501Y突变提供了更高的结合效率,这反过来使病毒更加感染。这种变体正在取代英国之前的病毒,并在世界上许多其他地方蔓延,“他说。

2020年10月的南非variant出现,并且在穗蛋白质中具有更重要的变化,使其比英国变体更危险。它涉及一个关键突变 - 称为E484K - 这有助于病毒逃避抗体和免疫系统的部分,可根据先前感染或疫苗的经验对抗冠状病毒。由于变异逃离了免疫力,身体将无法与病毒作斗争。“我们开始在美国的南非变种,”他说。

Padilla-Sanchez进行了结构分析,研究了病毒的晶体结构;和分子动力学获得这些发现。

“在进行这项研究的同时,主要计算挑战是找到一种足够强大的计算机,可以进行分子动力学任务,从而产生非常大的文件,需要大量的内存。没有Frontera Supercomputer,这项研究将无法实现,“帕迪拉 - 桑切斯说。

根据Padilla-Sanchez的说法,目前的疫苗不一定会对变体进行治疗。“变体需要他们自己的特定疫苗。我们需要尽可能多的疫苗出现的变种。“

越来越展望,Padilla-Sanchez将继续使用SARS-COV-2进行的变化。

“这是一个非常快的项目——计算研究持续了一个月,”他说。“有很多其他实验室在做湿实验,但没有很多计算研究。这就是为什么我现在决定做这项重要的工作。”

这项研究名为“来自英国和南非的SARS-CoV-2受体结合域新变种的结构分析”研究理念和结果2021年1月。美国天主教大学的维克多·帕迪拉-桑切斯(Victor Padilla-Sanchez)参与了这项研究。

参考文献:《来自英国和南非的SARS-CoV-2受体结合域新变种结构分析》作者:Victor Padilla-Sanchez, 2021年1月15日,研究理念和结果
DOI: 10.3897 / rio.7.e62936

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