Oprydning af infektionscyklussen af hepatitis b: Forskere bruger supercomputer til at få indsigt i viruss genetiske plan

Oprydning af infektionscyklussen af hepatitis b: Forskere bruger supercomputer til at få indsigt i viruss genetiske plan
Oprydning af infektionscyklussen af hepatitis b: Forskere bruger supercomputer til at få indsigt i viruss genetiske plan
Anonim

Forskere ved University of Delaware, der bruger supercomputerressourcer og samarbejder med forskere ved Indiana University, har opnået ny forståelse af den virus, der forårsager hepatitis B, og den "spidse kugle", der omslutter virussens genetiske plan.

Undersøgelsen, som er blevet offentliggjort online, forud for tryk, af American Chemical Association-tidsskriftet ACS Chemical Biology, giver indsigt i, hvordan kapsiden - en proteinskal, der beskytter planen og også driver leveringen af den til inficere en værtscelle - samler sig selv.

Computersimuleringer udført af UD-forskerne undersøgte virkningerne af en mutation, der hæmmer samlingsprocessen. Sammen med samarbejdspartnere afslørede forskerne, at den region af proteinet, der indeholder mutationen, spidsen, kan kommunikere med den region af proteinet, der forbinder med andre underenheder for at samle capsidet. De fandt bevis for, at en ændring i formen af capsidproteinet skifter det til en "tændt"-tilstand til samling.

Forskere mener, at kapsiden er et vigtigt mål i udviklingen af lægemidler til behandling af hepatitis B, en livstruende og uhelbredelig infektion, der rammer mere end 250 millioner mennesker verden over.

"Kapsiden ligner en spids kugle med 120 proteindimerer, der samles for at danne den; hver dimer indeholder en spids," sagde Jodi A. Hadden-Perilla, assisterende professor i UD's Institut for Kemi og Biokemi og en medforfatter til det nye blad. "Capsiden er nøglen til virusinfektionscyklussen. Hvis vi kunne forstyrre samlingsprocessen, ville virussen ikke være i stand til at producere smitsomme kopier af sig selv."

Forskerne fra Indiana University havde studeret dimererne, som er todelte, T-formede molekylære strukturer, og undersøgt, om en mutation kunne aktivere eller deaktivere en kontakt for at tænde for kapsidens samlingsmekanisme. De arbejdede med Hadden-Perillas gruppe, som kørte computersimuleringer for at forklare, hvordan ændringer i proteinstrukturen induceret af mutationen påvirkede kapsidens evne til at samle sig.

"Det, vi lærte, er, at denne mutation forstyrrer strukturen af spidsen i toppen af dimeren," sagde Hadden-Perilla. "Denne mutation sænker samlingen, som faktisk involverer en region af proteinet, der er langt væk fra spidsen. Det er tydeligt, at disse to regioner er forbundet. En ændring i proteinets form, især ved spidsen, kan faktisk aktivere eller deaktiver samling."

Hendes team udførte sit arbejde ved at bruge den National Science Foundation-støttede Blue Waters supercomputer ved University of Illinois i Urbana-Champaign, den største supercomputer på ethvert universitetscampus i verden, til at udføre det, der er kendt som all-atom molekylær dynamik simuleringer.

Simuleringer af molekylær dynamik giver forskere mulighed for at studere den måde, molekyler bevæger sig på, for at lære, hvordan de udfører deres funktioner i naturen. Computersimuleringer er den eneste metode, der kan afsløre bevægelsen af molekylære systemer ned til atomniveau og omtales nogle gange som "beregningsmikroskopet."

Avisen med titlen "The integrity of the intradimer interface of the Hepatitis B Virus capsid protein dimer regulates capsid self-assembly", kan ses på tidsskriftets hjemmeside.

Fra Colombia til UD For ph.d.-studerende Carolina Pérez Segura, en medforfatter af papiret, var arbejdet med data fra supercomputersimuleringerne den slags forskningserfaring, der først bragte hende til University of Delaware og derefter inspirerede hende at blive.

Hun undersøgte adskillige simuleringer og enorme mængder data for at undersøge effekten af mutationen og "gjorde nogle vigtige opdagelser," sagde Hadden-Perilla. "Vi kastede hende ud i den dybe ende i min splinternye forskningsgruppe [sidste sommer], og hun gjorde et fantastisk stykke arbejde."

Pérez Segura kom til UD som deltager i universitetets latinamerikanske sommerforskningsprogram. Uddannet fra Universidad Nacional de Colombia (Colombias Nationale Universitet), markerede programmet hendes første gang, hun forlod Colombia og faktisk første gang, hun rejste med fly. Hun planlagde at forske under Hadden-Perillas mentorskab i et par måneder og derefter vende hjem.

Men, sagde hun, oplevelsen var så meningsfuld for hende, at hun annullerede sin flybillet hjem og fortsatte med at arbejde som gæsteforsker hos Hadden-Perilla, mens hun søgte ind på UD's doktorgradsprogram i kemi. Hun blev accepteret og begyndte sine studier i forårssemesteret.

Det var hendes fascination af computerkemi, der bragte hende til Delaware, sagde hun, og arbejdet med supercomputere, der fik hende til at beslutte at fortsætte denne forskning.

"Mens jeg var bachelor, valgte jeg den gren af kemi som den slags karriere, jeg ønskede," sagde Pérez Segura, der arbejdede med en forskergruppe på området i mindre skala i Colombia. "Da jeg blev introduceret til ideen om, at matematik og fysik kan hjælpe dig med at forstå biologiske processer, vidste jeg, at det var det, jeg ville gøre.

"Jeg syntes, det var virkelig fantastisk at kunne forklare biologiske processer med tal og computere. Jeg ville gerne lære mere, og her er der så meget mere mulighed for at lære det."

Selvom de sociale restriktioner og rejserestriktioner pålagt af coronavirus (COVID-19) pandemien har begrænset hendes evne til fuldt ud at opleve amerikansk liv og kultur, sagde hun, at hendes oplevelse på UD forbliver meget positiv. Hun er ivrig efter at kunne gå mere ud, øve sit engelsk og føle sig som en del af den amerikanske kultur, men i mellemtiden har hun travlt med spændende forskning, sagde hun.

Hun arbejder i øjeblikket også på forskning, som Hadden-Perilla udfører i den virus, der forårsager COVID-19.

Populært emne.