Чтобы изучить внутреннюю работу коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 или SARS-CoV-2, исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики разработали новую методику.
Команда, в которую входили специалисты по вычислительной технике Дебсиндху Бховмик, Серена Чен и Джон Гунли, провела молекулярно-динамическое моделирование нового вируса, вызвавшего пандемию болезни COVID-19, на суперкомпьютере ORNL Summit, системе IBM AC922. Затем исследователи проанализировали результат с помощью индивидуального подхода к глубокому обучению, чтобы получить полную молекулярную картину «шипообразного» белка на поверхности вируса.
Этот метод позволил им определить конкретные гибкие области, которые они тщательно изучили, чтобы выявить многообещающие терапевтические цели. Стремление к этим целям может создать более надежные пути лечения, которые прерывают ключевые структурные переходы в жизненном цикле вируса, а также поддерживают естественный иммунный ответ организма.
«Лучшее понимание шиповидного белка может дополнить существующие вакцины против COVID-19, информируя о новых методах лечения и предоставляя информацию о потенциальном дизайне лекарств», — сказал Бховмик.
Используя код Nanoscale Molecular Dynamics, или NAMD, на самом мощном суперкомпьютере страны Summit, исследователи смоделировали молекулярные структуры шиповидных белков для SARS-CoV-2 и трех других коронавирусов человека: SARS-CoV-1, MERS-CoV и ВГКоВ-HKU1. После завершения этого уникального и всестороннего сравнения четырех различных шиповидных белков они сравнили компоненты и поведение SARS-CoV-2 с тысячами образцов структур других вирусов, используя архитектуру глубокого обучения, называемую сверточным вариационным автоэнкодером или CVAE.
Эти усилия выявили ранее неисследованные области спайкового белка коронавируса, в которых целенаправленное медицинское вмешательство может предотвратить заражение SARS-CoV-2 здоровых клеток. Исследователи представили свои выводы на семинаре IEEE по большим данным для COVID-19, а их статья опубликована в материалах Международной конференции IEEE по большим данным 2021 года .
Каждый спайковый белок содержит три белковые цепи или протомеры, которые в совокупности известны как тример. Каждый протомер содержит аминоконцевой домен или NTD; домен связывания рецептора, или RBD; и домен S2. NTD и RBD расположены в субъединице S1 шиповидного белка, тогда как домен S2 находится в субъединице S2.
«У всех этих коронавирусов есть протомеры, которые собираются в тример, а это означает, что они обладают гибкими структурами, которыми потенциально можно манипулировать во время сборки», — сказал Чен.
