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超级计算机模拟导致重要的病毒抑制剂发现

新罕布什尔大学(UNH)的研究人员最近在加州大学圣地亚哥分校的圣地亚哥超级计算机中心使用了Comet,在德克萨斯高级计算中心使用了Stampede2,以识别基于RNA的病毒中新的抑制剂结合/解除结合途径。该发现可能有助于理解这些抑制剂的反应方式,并有可能帮助开发针对高死亡率病毒的新一代药物,例如HIV-1,寨卡病毒,埃博拉病毒和SARS-CoV2(引起COVID-19的病毒) 。

刚开始这项研究时,我们从未想到我们会陷入由RNA病毒引起的大流行之中,” UNH化学工程副教授Harish Vashisth说,“随着这类病毒的出现,我们的发现希望能进一步了解病毒RNA与抑制剂的相互作用,并用于设计更好的治疗方法。”

与人类使用DNA编码基因组的方式类似,许多病毒具有RNA分子的遗传组成。这些基于RNA的基因组包含潜在的位点,抑制剂可在这些位点附着并灭活病毒。药物开发的挑战之一是病毒基因组中的变异或突变可能阻止抑制剂附着。

在最近发表在《物理化学快报》上的他们的研究中,Vashisth和他的团队使用Comet和Stampede2超级计算机创建了分子动力学模拟,以专门研究HIV-1病毒的RNA片段及其与小分子乙酰丙嗪的相互作用。已知会干扰病毒复制过程。

科学家们专注于HIV-1 RNA基因组的结构元素,因为它们被认为是研究各种RNA病毒相同过程的良好模型。这些模拟使他们能够在几种罕见的事件中发现抑制剂与病毒RNA脱结合的途径,这在实验中通常很难观察到,这些罕见的事件出乎意料地表明,结合袋的许多部分是RNA的组成部分,其运动协调一致。

由于国家科学基金会(NSF)在Comet和Stampede2上分配了极端科学和工程环境(XSEDE),研究人员能够同时运行数百次模拟,以观察抑制剂中涉及的罕见碱基翻转事件绑定/解除绑定过程,提供了该过程的潜在机制的新细节。

Vashisth说:“我们希望这为传统上专注于静态生物分子结构的领域增加了新的可能性,并带来了新的药物。”

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