Раскрытие секретов COVID-19: революционное исследование раскрывает сложную биомеханику эволюции и распространения вируса. Ричард Фейнман сказал: «Все, что делает живое существо, можно объяснить с точки зрения дрожания и раскачивания атомов». На этой неделе журнал Nature Nanotechnology опубликовал революционное исследование, которое проливает свет на эволюцию коронавирусов и их вариантов путем анализа поведения атомов в белках на границе между вирусами и людьми.
Статья под названием «Одномолекулярная силовая стабильность варианта интерфейса SARS-CoV-2-ACE2» является результатом международного сотрудничества между исследователями из шести университетов трех стран.
Это исследование дает важную информацию о механической стабильности коронавирусов, ключевом факторе в их эволюции в глобальную пандемию. Исследовательская группа использовала передовое компьютерное моделирование и технологию магнитных пинцетов для изучения биомеханических свойств биохимических связей в вирусе. Их результаты показывают ключевые различия в механической стабильности различных вирусных штаммов и подчеркивают, как эти различия способствуют агрессивности и распространению вируса.
Всемирная организация здравоохранения сообщает, что во всем мире от COVID-19 умерло почти 7 миллионов человек, в том числе более 1 миллиона только в Соединенных Штатах, поэтому понимание этих механических свойств имеет решающее значение для разработки эффективных вмешательств и методов лечения. Исследовательская группа подчеркивает, что понимание молекулярной сложности этой пандемии является ключом к нашей способности реагировать на будущие вирусные вспышки.
В углубленном исследовании команда Обернского университета под руководством доцента кафедры биофизики Рафаэля Бернарди, доктора Марсело Мело и доктора Присцилы Гомес использовала мощные возможности вычислительного анализа, чтобы сыграть ключевую роль в исследовании. В их работе использовались узлы NVIDIA HGX-A100 для вычислений на графическом процессоре, что сыграло решающую роль в выявлении сложных аспектов поведения вирусов.
Профессор Бернарди является лауреатом карьерной премии Национального фонда естественных наук Китая. Он тесно сотрудничает с профессором Гаубом из LMU в Германии и профессором Липфертом из Утрехтского университета в Нидерландах. Их опыт охватывает множество областей, кульминацией которых является всестороннее понимание вирусных агентов SARS-CoV-2. Их исследование показывает, что сбалансированная аффинность связывания и механическая стабильность на границе вирус-человек не всегда коррелируют, и этот вывод имеет решающее значение для понимания динамики распространения и эволюции вируса.
Кроме того, исследовательская группа использовала магнитный пинцет для изучения силовой стабильности и динамики связывания интерфейса SARS-CoV-2:ACE2 в различных штаммах вируса, что открывает новую перспективу для прогнозирования мутаций и корректировки стратегий лечения. Этот метод уникален, поскольку он измеряет силу связывания вируса с рецептором ACE2, ключевой точкой проникновения в клетки человека, в условиях, имитирующих дыхательные пути человека.
Команда обнаружила, что, хотя все основные варианты COVID-19, такие как Альфа, Бета, Гамма, Дельта и Омикрон, связываются с клетками человека сильнее, чем исходный вирус, вариант Альфа особенно стабилен. Это может объяснить, почему он так быстро распространяется среди людей, не имеющих иммунитета к COVID-19. Результаты также показывают, что другие варианты, такие как Бета и Гамма, развились таким образом, что помогают им уклоняться от определенных иммунных реакций, что может дать им преимущество в тех регионах, где у людей есть некоторый иммунитет из-за предыдущего заражения или вакцинации.
Интересно, что глобально доминирующие дельта- и омеклональные варианты обладают характеристиками, которые помогают им уклоняться от иммунной защиты и могут легче распространяться. Однако они не обязательно связываются сильнее, чем другие варианты. Профессор Бернарди сказал: «Это исследование важно, потому что оно помогает нам понять, почему некоторые варианты COVID-19 распространяются быстрее, чем другие. Изучая механизмы связывания вируса, мы можем предсказать, какие варианты могут стать более распространенными, и подготовиться к борьбе с ними».
Это исследование подчеркивает важность биомеханики в понимании вирусного патогенеза и открывает новые возможности для научных исследований эволюции вируса и разработки методов лечения. Это демонстрирует совместный характер научных исследований в решении основных проблем здравоохранения.