模拟描述HIV的恶魔的交付设备
从病毒的观点来看,入侵我们的细胞是一个生存的问题。醉心于签合同的病毒使细胞过程产生更多的蛋白质,弥补这个缺点。
从我们的观点看,入侵也可以生存的问题:幸存的病毒。抗击艾滋病等病毒性疾病,埃博拉,Zika病毒,科学家需要了解病毒的“生命周期”和设计药物中断。但是看到什么病毒蛋白质在活细胞是极其困难的,即使是最强大的成像技术。
现在芝加哥大学的科学家和他们的同事们已经开发出一种创新的计算机模型艾滋病毒,让真正了解“成熟”,具有感染性的病毒。在这一过程中,它提供了帮助开发新的抗病毒药物的前景,极大地扩展了是可能的计算机模拟生物系统。他们的研究结果发表在5月13日版自然通讯。
“理解病毒成熟的细节被认为是圣杯,”格雷戈里·沃斯说,UChicago黑格的p . Papazian杰出服务教授化学,谁建的模型与研究科学家约翰·污垢。“它有一组过程很难停止。与我们的模型,我们发现了一个关键的动力在成熟过程的步骤。我们认为我们已经确定了两个核心方面的艾滋病毒。”
成熟,成为感染,病毒必须种植小梨形囊衣壳,这是由蛋白质构成的,包装本身的RNA,使病毒复制。“这是要射的到一个新的细胞并释放其内容,”沃斯说。“衣壳是像一个小装甲容器带有病毒的遗传物质。和它是一个恶魔的交付设备。”
衣壳增长细节
沃斯和污垢的模型详细阐明如何在艾滋病毒衣壳生长,难以检查的东西在现实生活中,因为衣壳小和周围的其他材料。“这就是计算机模拟是如此强大,”沃斯说。“在计算机模拟可以打开和关闭的事情,这在现实中你不能做的。它让你真正学到什么上巨大的差异。这不是现实,但如果模型很好它可以相当接近。”
沃斯和污垢与数据和真实图像实验合作者在弗吉尼亚大学和加州理工学院的,以确保他们的模型与实验结果是相一致的。“他们的重要的工作帮助我们构建模型并验证它,”沃斯说。
艾滋病病毒感染细胞后形成一个“芽”在细胞表面的病毒粒子,包含一些细胞膜,蛋白质和病毒的RNA。细胞的芽打破自由的“病毒”和旅行的身体。芽内,旅行期间,关键蛋白质酶切成碎片的HIV protease-the很多当今的抗艾滋病药物的目标。这些蛋白质的1200位配对,聚集到衣壳,封闭的RNA。
条件在病毒粒子拥挤。,拥挤是衣壳可以形成与否的关键。“与我们的模拟,我们可以让它更拥挤,你会看到一个了不起的敏感性,”沃斯说。拥挤太少,蛋白质可能速度过去彼此没有相互作用。太多,他们成长无用的片段。
但沃类似金凤花和污垢发现,即使有“恰到好处”的拥挤在他们的模型中,衣壳不正常生长。“我们长太多了。或者我们开始越来越多的壳牌和他们在正确的方式不会粘在一起,所以你会得到一堆看来疯狂的结构,”沃斯说。“我们从根本上失踪的事情。”
翻转和跳舞
经过一年的进一步工作,他们意识到,在蛋白质部分配对并添加自己的衣壳壳是在不断地运动,翻转和跳舞。他们彼此连接并面向衣壳必须正确。这意味着只有少数人能参与建筑结构在任何给定的时间。
“我们发现,这些蛋白质是非常重要的弯曲限制这些结构如何快速成长,这是刚刚好,”沃斯说。“当我们到模型的建立,指导下发表的实验数据,这是秘密。”
建立一个计算机模型的很大一部分是决定离开它在计算上容易处理。“我们开发的方法来简化计算,同时保留其物理本质,”沃斯说。”,打开了非常广阔的领域的研究,这在以前是没有的。”
但即使它比什么更简单的存在于自然界,艾滋病毒衣壳模型是非常复杂的。花了数百万小时的计算机时间在美国国家科学基金会的超级计算机Blue Waters厄运行模拟。
“我不认为任何人的接近了模拟的这种复杂性,“污垢说,大部分的螺母和螺栓施工是谁干的。“我认为这是一个非常重要的进步而言,你可以做什么与这些模型”。
沃斯设想让其他危险的病毒相似的模型,帮助科学家辨别分周期可能会破坏药物的前景良好。
“我们可以做Zika病毒病毒埃博拉病毒,”他说。“病毒衣壳,衣壳含有遗传物质。所以这些套方法可以应用到其中任何一个。我们只需要足够的信息和计算机能力。”
