超级计算机分析揭示了为什么英国、南非的冠状病毒变异更具传染性和致命性

TACC的Frontera超级计算机帮助建立感染模型新型冠状病毒肺炎变体。

所有的病毒都在自我复制以传播和繁殖的过程中发生变异。SARS-CoV-2事实证明,引发COVID-19的病毒也没有什么不同。目前,COVID-19有4000多种变体,在大流行期间,全球已有270多万人死于COVID-19。

英国的变种,也称为B.1.1.7,于2020年9月首次发现,目前导致英国98%的COVID-19病例。在过去几个月里,这种病毒已经蔓延到法国、丹麦和美国等大约100个国家。

世界卫生组织(World Health Organization)表示,B.1.1.7是南非和巴西出现的几种不同类型的担忧之一。

美国天主教大学的研究科学家Victor Padilla-Sanchez说:“英国、南非和巴西的变种病毒比原始病毒更具传染性,更容易逃避免疫。”“我们需要了解为什么它们更具传染性,在很多情况下更具致命性。”

这三种病毒变种的刺突蛋白都发生了变化,刺突蛋白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和传播。

在2021年1月发表的一篇研究论文中研究思路与成果帕迪拉-桑切斯详细讨论了英国和南非的变体。他提出了一个计算分析穗糖蛋白结合到ACE2受体的结构,突变已经引入。他的论文概述了为什么这些变体能更好地与人类细胞结合。

他说:“我分析了最近发表的与ACE2受体结合的SARS-CoV-2尖峰结构,发现了为什么新的变异更具传染性。”“这些发现是通过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超级计算机的分子动力学模拟获得的。”

Padilla-Sanchez发现UK突变在刺突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区域。

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

“这种N501Y突变提供了更高的结合效率,反过来又使病毒更具传染性。这种变种正在取代英国以前的病毒,并在世界上许多其他地方传播。”他说。

南非变体出现于2020年10月,在刺突蛋白上有更重要的变化,使其比英国变体更危险。它涉及一种名为E484K的关键突变,帮助病毒规避抗体和免疫系统的某些部分,这些抗体和部分免疫系统可以根据以前感染的经验或疫苗抗击冠状病毒。由于这种变异逃脱了免疫系统,人体将无法对抗这种病毒。“我们开始在美国看到南非的变种,”他说。

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

“在做这项研究时,主要的计算挑战是找到一台足够强大的计算机来完成分子动力学任务,这将生成非常大的文件,并需要大量的内存。帕迪拉-桑切斯说:“没有弗朗特拉超级计算机,这项研究就不可能完成。

根据帕迪拉-桑切斯的说法,目前的疫苗不一定能治疗变异。“变异将需要它们自己的特定疫苗。我们需要尽可能多的疫苗来应对出现的变异。”

今后,帕迪拉-桑切斯将继续研究SARS-CoV-2发生的变化。

“这是一个非常快速的项目——计算研究持续了一个月,”他说。“有很多其他实验室在做湿法实验,但很少有计算研究。这就是为什么我决定现在做这项重要的工作。”

这项研究被称为“来自英国和南非的SARS-CoV-2受体结合域新变异的结构分析”,发表在《科学》杂志上研究思路与成果2021年1月。这项研究的研究人员是美国天主教大学的Victor Padilla-Sanchez。

参考文献:《来自英国和南非的SARS-CoV-2受体结合域新变异的结构分析》,Victor Padilla-Sanchez, 2021年1月15日,研究思路与成果
DOI: 10.3897 / rio.7.e62936

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