德克萨斯大学奥斯汀分校 致命的埃博拉病毒将其核糖核酸遗传物质屏蔽在称为核衣壳的蛋白质线圈中(如上)
特拉华大学的胡安·苏子实验室完成了有和没有核糖核酸的核衣壳的全原子模拟，表明核糖核酸比核糖核酸更稳定
没有...的混乱
信用:胡安R
特拉华大学紫苏
在新冠肺炎爆发全球大流行的背景下，很难想象非洲以外的人能如此幸运地躲过致命的埃博拉病毒疾病
它在感染后不久就使受害者丧失能力，出现大量呕吐或腹泻，导致大约50%的受害者因体液流失而死亡
埃博拉病毒只通过体液传播，这标志着它与新冠肺炎病毒的一个关键区别，也是帮助遏制埃博拉传播的一个关键区别
埃博拉疫情继续在西非爆发，尽管2019年12月开发的疫苗以及护理和控制方面的改进有助于控制埃博拉
特拉华大学一个团队的超级计算机模拟，其中包括一名由XSEDE EMPOWER项目支持的本科生，为这一组合增添了新的内容，并有助于破解埃博拉的盘绕遗传物质的防御
这项新的研究可能有助于在埃博拉和其他致命病毒性疾病(如新冠肺炎)的治疗和疫苗改进方面取得突破
胡安说:“我们的主要发现与埃博拉病毒核衣壳的稳定性有关。”
苏子，特拉华大学化学和生物化学系助理教授
紫苏在2020年10月的美国物理学会化学杂志上合作发表了一项研究
它聚焦于核衣壳，这是一种保护身体免受埃博拉病毒用来自我复制的遗传物质伤害的蛋白质外壳
紫苏说:“我们发现，埃博拉病毒已经进化到通过与其核糖核酸(其遗传物质)形成静电相互作用来调节核衣壳的稳定性。”
“核糖核酸和核衣壳之间有一种相互作用，使它保持在一起
" 像冠状病毒一样，埃博拉病毒依赖一个杆状和螺旋状的核衣壳来完成其生命周期
具体来说，被称为核蛋白的结构蛋白以螺旋排列方式组装，以封装形成核衣壳的单链病毒核糖核酸基因组(ssRNA)
苏子和他的科学团队的研究寻找核衣壳稳定性的分子决定因素，如ssRNA遗传物质是如何包装的，系统的静电势，以及螺旋组件中的残基排列
这些知识对于开发新的埃博拉疗法至关重要
然而，即使是世界上最好的实验实验室也无法获得这些见解
然而，计算机模拟能够并且确实填补了这一空白
“你可以把模拟工作看作是实验工作的理论延伸，”该项研究的合著者坦尼娅·内斯特罗娃说，她是紫苏实验室的一名本科生研究员
“我们发现核糖核酸带有很高的负电荷，并通过与大部分带正电荷的核蛋白的静电相互作用来帮助稳定核衣壳，”她说
内斯特罗娃在2019年获得了XSEDE专家指导为工作、教育和研究创造机会奖学金，该奖学金支持本科生参与XSEDE的实际工作
“这是一个有效的计划，”她说
“今年夏天，我们使用了桥梁等计算资源
我们还与协调员进行了定期沟通，以保持我们的进展正常
" 用于原子分子动力学模拟的埃博拉病毒核衣壳系统的制备
病毒单体包含三个核蛋白结构域:氮末端臂(黄色)、氮末端裂片(棕色)和碳末端裂片(深绿色)和一个结合的RNA片段(红色)
信用:胡安R
特拉华大学紫苏
该团队开发了埃博拉病毒核衣壳的分子动力学模拟，该系统包含4个
800万原子
他们使用了2018年10月发表在《自然》杂志上的埃博拉病毒的冷冻电子显微镜结构作为他们构建模型的数据
“我们建立了两个系统，”该研究的合著者徐朝义博士说
D
紫苏实验室的学生
“一个系统是带有核糖核酸的埃博拉病毒核衣壳
另一个只是作为对照的核衣壳
" “在我们完成整个试管后，我们将每个核衣壳放在一个与细胞相似的环境中，”徐解释说
他们基本上添加了氯化钠离子，然后调整浓度以匹配细胞质中的浓度
他们还在核衣壳周围放了一个水箱
“然后我们运行了一个非常强大的模拟程序，”徐补充说
由国家科学基金会资助的极限科学与工程发现环境(XSEDE)授予团队在德克萨斯州高级计算中心的踩踏2系统和匹兹堡超级计算中心的桥梁系统上的超级计算分配
“我们非常感谢XSEDE提供的超级计算机资源，使这项工作成为可能
XSEDE还通过在线课程提供有帮助的培训，”徐说
“在踩踏事件2中，我们可以在数百甚至数千个节点上运行模拟，”徐继续说道
“这使得我们能够模拟更大的系统，例如埃博拉病毒的核衣壳
这个模拟不可能在本地完成
这非常重要，”他说
“我喜欢布里奇斯，当你运行一个模拟时，你可以知道它何时完成，何时开始，”内斯特罗瓦补充道
她说这有助于创建思乐姆脚本，帮助管理和调度计算机集群上的作业
“我们刚刚开始在埃博拉项目中使用弗龙特拉，”徐补充说
Frontera是TACC国家科学基金会的旗舰一级系统，在世界500强中排名第9
“它更强大，因为它拥有最新的CPU架构
而且速度非常快，”他说
“弗龙特拉是TACC基础设施的一部分，”紫苏说
“我们知道那里会有什么开发工具，也知道排队系统和这些机器的其他复杂之处
这很有帮助
在架构方面，我们熟悉踩踏2，尽管这是一个不同的机器
我们在踩踏事件2方面的经验让我们能够迅速开始使用Frontera，”他说
埃博拉病毒核衣壳结合核糖核酸的分子表面表征
信用:胡安R
特拉华大学紫苏
科学小组模拟了埃博拉病毒核衣壳中原子的相互作用，并测量了它们如何随时间变化，得出了关于原子相互作用的有用信息
他们发现的一件事是，如果没有核糖核酸，埃博拉病毒的核衣壳会保持管状
但是核蛋白单体的堆积变得无序，失去了螺旋对称性
有了核糖核酸，它就保持了螺旋结构
他们的结果表明，核糖核酸结合稳定了螺旋，并保留了埃博拉病毒核衣壳的结构
研究小组还发现了核蛋白残基和ssRNA之间的重要相互作用，以及两种核蛋白之间的相互作用
“形成螺旋排列的成对核蛋白之间有两种界面
我们找到了这些接口中哪个起着更重要的作用
该研究的合著者、紫苏实验室的博士后研究员尼迪·卡蒂亚尔说:“我们可以瞄准这个界面，使螺旋排列不稳定，或者使螺旋排列在很大程度上稳定，以至于病毒的核蛋白无法分解。”
埃博拉病毒是一种很难对付的生物，因为它严格控制大分子的组装
紫苏建议，与其试图设计破坏核衣壳的药物，不如采取相反的策略
“如果你把它做得太稳定，那就足以杀死病毒，”他说
借用他在艾滋病毒研究方面的背景，他希望找到药物的目标，以过度稳定埃博拉病毒，并防止其释放遗传物质，这是其复制的关键一步
紫苏对其他受到严格控制的病原体提出了类似的策略，如冠状病毒和乙型肝炎病毒
“可以说，他们是一个甜蜜的地方
我们知道什么能带来稳定
其他研究小组可以看看这是否是一个好的使其低稳定或高稳定的可给药位点，”紫苏说
展望未来，紫苏表示，他的实验室将更密切地关注ssRNA序列的细节，以及它是否赋予埃博拉病毒核衣壳管稳定性
如果是这样，那么一些区域可能会暴露出来，并可能首先被转录，类似于细胞核中发生的情况
紫苏说，这将是“闻所未闻的病毒”，在核糖核酸调节转录方面是极其先进的行为
苏子说:“我们知道会有更多的病原体不断出现，尤其是现在的冠状病毒，它们可以阻止世界
它对社会有益，不仅能够研究一种病毒，还能利用这些技术研究一种新病毒，比如冠状病毒
此外，培养像坦尼娅这样的新学生的能力，在培养下一代、从其他病毒中转移知识以及解决当前问题方面，为纳税人提供了物有所值的服务
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
