作者:大卫·L
麻省理工学院钱德勒 麻省理工学院的新研究表明，冠状病毒上的蛋白质尖峰脉冲的振动，包括导致新冠肺炎的振动，在允许病毒穿透人类细胞方面起着至关重要的作用
学分:马库斯·布勒和文怡·胡/麻省理工学院 当有人试图用一把似乎不起作用的钥匙打开一把锁时，有时轻轻摇动钥匙会有所帮助
现在，麻省理工学院的新研究表明，冠状病毒，包括导致新冠肺炎的冠状病毒，可能使用类似的方法欺骗细胞让病毒进入
这些发现可能有助于确定冠状病毒的不同菌株或突变有多危险，并可能为开发治疗方法指明新的途径
尖峰蛋白使冠状病毒具有独特的冠状外观，对其如何与人类细胞相互作用的研究通常涉及生化机制，但对于这项研究，研究人员采取了不同的方法
利用原子模拟，他们观察了尖峰蛋白如何移动、改变形状和振动的力学方面
结果表明，这些振动运动可以解释冠状病毒使用的一种策略，这种策略可以欺骗细胞表面的锁定机制，让病毒穿过细胞壁，从而劫持细胞的生殖机制
研究小组发现，尖刺振动的速度和强度与病毒渗透细胞的难易程度有很强的直接关系
他们还发现了与特定冠状病毒死亡率相反的关系
因为这种方法是基于对这些蛋白质的详细分子结构的理解，研究人员说它可以用于筛选新出现的冠状病毒或新冠肺炎新突变，以快速评估它们的潜在风险
麻省理工学院土木与环境工程教授马库斯·布勒和研究生·胡的研究结果于10月30日发布在《物质》杂志的印刷版上
布勒说，我们看到的所有关于非典病毒的图像都有点误导
“病毒看起来不像那样，”他说，因为实际上所有原子、分子和病毒等纳米尺度的物质“都在不断移动和振动”
它们看起来不像化学书或网站上的图片
" 布勒的实验室专门研究生物分子及其行为的逐原子模拟
当一出现，有关病毒蛋白质组成的信息变得可用时，布勒和机械工程专业的博士生胡就开始着手研究蛋白质的机械特性是否在它们与人体的相互作用中发挥了作用
这些蛋白质分子微小的纳米级振动和形状变化极难通过实验观察到，因此原子模拟有助于理解正在发生的事情
研究人员应用这一技术来观察感染的一个关键步骤，当时一种带有蛋白质尖峰的病毒颗粒附着在一种叫做ACE2受体的人类细胞受体上。
一旦这些尖刺与受体结合，就会打开一个通道，让病毒穿透细胞
根据布勒的说法，蛋白质和受体之间的结合机制就像锁和钥匙一样工作，这就是为什么振动很重要
“如果是静态的，它要么适合要么不适合，”他说
但是蛋白质峰值不是静态的；“它们在振动，不断轻微改变形状，这很重要
按键是静态的，它们不会改变形状，但是如果你有一个不断改变形状的按键呢——它在振动，它在移动，它在轻微变形。它们会有不同的安装方式，这取决于我们将钥匙插入锁中时它们的外观
" 学分:麻省理工学院 研究人员推断，“关键”能改变的越多，就越有可能找到合适的
布勒和胡利用“标准模式分析”等分析工具，模拟了这些蛋白质分子的振动特性及其相互作用
“这种方法被用来研究振动发展和传播的方式，通过将原子建模为通过弹簧相互连接的点质量，弹簧代表作用在它们之间的各种力
他们发现振动特征的差异与不同种类冠状病毒的不同传染性和致死率密切相关，这些数据取自全球确诊病例数和病死率数据库
研究的病毒包括SARS-CoV、MERS-CoV、SATS-CoV-2和一种已知的SARS-CoV-2病毒突变，这种病毒在世界各地越来越流行
布勒说，这使得这种方法成为预测新冠状病毒潜在风险的有前途的工具，因为它们可能会出现
胡说，在他们研究的所有案例中，这一过程的一个关键部分是蛋白质分子的一个分支向上摆动的波动，这有助于它与受体结合
“这种运动在功能上非常重要，”她说
另一个关键指标与分子中两种不同振动之间的比率有关
“我们发现这两个因素与流行病学数据、病毒传染性和病毒致死率有直接关系，”她说
他们发现的相关性意味着，当新病毒或现有病毒的新突变出现时，“你可以从纯机械的角度对它们进行筛选，”胡说
“你只需观察这些尖峰蛋白的波动，就能发现它们在流行病学方面的作用，比如疾病的传染性和严重程度
" 布勒说，这些发现还可能为新冠肺炎和其他冠状病毒疾病的可能治疗方法的研究提供一个新的途径，他推测有可能找到一种分子，它能以某种方式与尖峰蛋白结合，使它们变硬，并限制它们的振动
另一种方法可能是诱发相反的振动，以抵消尖峰中的自然振动，类似于降噪耳机抑制不想要的声音的方式
布勒说，随着生物学家更多地了解冠状病毒中发生的各种突变，并确定基因组的哪些区域最容易发生变化，这种方法也可以用于预测
最有可能出现的突变种类都可以被模拟出来，而那些具有最危险潜力的突变可以被标记出来，这样世界就可以警觉起来，观察那些特定菌株实际出现的任何迹象
布勒补充道，“例如，根据我们的发现，目前主导新冠肺炎向全世界传播的G614突变，预计传染性稍强，致命性稍弱
" 加州大学河滨分校的电子和计算机工程教授米赫里·厄扎坎没有参与这项研究，他说，这项分析“指出了纳米力学特征与冠状病毒的致死率和感染率之间的直接联系
我相信他的工作引领着这个领域向前发展，在疾病和感染的机理上找到了真知灼见
" 厄扎坎补充说，“如果在自然环境条件下，这项工作中预测的总体灵活性和流动性比率确实发生了，那么确定一种能够锁定尖峰蛋白以防止结合的有效抑制剂可能是预防SARS-CoV-2感染的圣杯，我们现在都迫切需要这种抑制剂
"
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