Новости космоса и технологий. » Химия » Отключение копировального аппарата коронавируса

Отключение копировального аппарата коронавируса

Опубликовал: Admin, 21-09-2020, 01:01, Химия, 141, 0

Отключение копировального аппарата коронавируса

Ключевые белки, используемые коронавирусом для его размножения, моделируются на суперкомпьютере Frontera, финансируемом NSF, исследовательской группой Андреса Сиснероса из Университета Северного Техаса. Цели исследования включают поиск способов улучшить терапевтический ремдесивир от COVID-19. Финансируемое NSF выделение Frontera предоставлено Cisneros через Консорциум высокопроизводительных вычислений COVID-19.

В мае 2020 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США санкционировало противовирусный препарат ремдесивир для экстренного лечения COVID-19 одного из четырех терапевтических препаратов, которые в настоящее время имеют этот статус. Ремдесивир останавливает химический механизм, который коронавирус использует для копирования самого себя, связываясь с ферментом, который выполняет сборку. Ремдесивир обещает помочь пациентам выздороветь от COVID-19 но ученые изучают способы повышения его эффективности.

Группа ученых во главе с Дж. Андресом Сиснеросом из Университета Северного Техаса моделирует ключевые части коронавируса, которые он использует для копирования самого себя. Моделирование проводится на суперкомпьютерах Stampede2 и Frontera в Техасском вычислительном центре (TACC).

«Нам очень повезло, что мы получили выделение на Frontera, чтобы иметь возможность работать над исследованием механизма действия лекарств, нацеленных на два конкретных белка в COVID-19», - сказал Сиснерос. Его работа исследует, как ремдесивир и другие доступные препараты ингибируют белки NSP-12 и основную протеазу, оба фермента, необходимые коронавирусу для репликации. «Если посмотреть на то, как эти препараты действуют, возможно, эту информацию можно будет использовать для их улучшения».

Белок NSP-12 объединяет нуклеотиды, составляющие вирусную РНК, сокращенно A, U, G и C, создавая полные наборы генетического материала для новых копий коронавируса. NSP-12 на самом деле является частью более крупной структуры, называемой РНК-зависимой РНК-полимеразой (RDRP), которая копирует полную РНК. Ремдесивир связывается с RDRP, блокируя механизмы.

«Мы исследуем, как происходит этот процесс», - сказал Сиснерос. «Поступая так, возможно, у нас и других ученых появится способ выработать идеи о том, можно ли и как улучшить ремдесивир».

Другой белок, изучаемый Cisneros, называется основной протеазой. Он разделяет полипротеин, продуцируемый SARS-CoV-2 транслируемый с вирусной РНК, в функциональные белки, которые кладут «мясо» на его вирусные кости. Остановите протеазу, и вы остановите образование вируса. Это делает его отличной мишенью для наркотиков.

Сиснерос объяснил, что он использует основы математики и физики уравнений Ньютона и квантовой механики для расчета свойств белков, включая все, что имеет отношение к его функционированию, например РНК и воду. Подход, называемый классической молекулярной динамикой, использует уравнения Ньютона для моделирования динамического движения и взаимодействия белков во времени. «Мы говорим о системах, которые мы моделируем, которые состоят из сотен тысяч атомов», - сказал Сиснерос.

Он также моделирует химические реакции внутри белков, чтобы исследовать, как лекарства останавливают RDRP или протеазу. Гибридный метод под названием QM /MM ( Квантовая механика /Молекулярная механика) экономит время и деньги на вычислениях, уделяя больше внимания взаимодействиям в активном центре, используя более приближенную прямую молекулярную динамику для всего остального.

Группа Cisneros разработала и поддерживает программу под названием LICHEM, которая позволяет им использовать подход QM /MM. «Одна из особенностей LICHEM заключается в том, что он позволяет нам использовать подходы для части классической механики, которые включают лучшее описание физики, которая происходит между молекулами в классической среде, в частности, потенциал AMOEBA», - сказал Сиснерос. AMOEBA разработан Pengyu Ren из UT Austin; Джей Пондер из Вашингтонского университета; и Жан-Филип Пикемаль из Сорбонского университета в Париже при участии группы Сиснерос по ионным жидкостям.

«Frontera, обладая не только вычислительной мощностью, но и связью между узлами, позволяет нам выполнять эти вычисления QM /MM с гораздо более высокой не только скоростью, но и пропускной способностью», - сказал Сиснерос. Frontera дала им возможность запускать несколько систем одновременно. «В моей группе пять разных ученых, аспирантов и докторов наук, которые работают над обеими этими системами, но над разными частями головоломки. Все они имеют доступ к этим ресурсам. Это определенно очень полезно, и мы очень ценим выделение ".

Что заставило Сиснероса взяться за дело, так это известие в апреле 2020 года о сообщении о кристаллической структуре SARS-CoV-2 RDRP. «Я связался со своей группой и сказал им, что с этой информацией мы можем кое-что сделать, чтобы помочь с пандемией», - сказал он.

В течение двух дней после появления новостей Сиснерос успешно предложил свое исследование мишеней для лечения коронавируса Консорциуму высокопроизводительных вычислений COVID-19. Десятки национальных и международных суперкомпьютерных центров, промышленности и организаций, включая TACC, добровольно предоставили свои ресурсы консорциуму в поддержку усилий ученых по борьбе с коронавирусом.

Первоначально это распределение было присуждено только TACC Stampede2 флагману суперкомпьютеров Национального научного фонда (NSF), который занимает 21-е место в мире по скорости и 2-е место среди академических систем согласно Top500. «Затем с нами связались представители TACC и были благодарны за предоставленный доступ к Frontera. Теперь у нас есть доступ к обеим системам, и это действительно здорово», - сказал Сиснерос.

Суперкомпьютер Frontera является самым быстрым академическим суперкомпьютером №1 и №8 по скорости в мире. И Frontera, и Stampede2 финансируются NSF.

«Мы очень довольны этой системой. Мы смогли передать некоторые знания, которые у нас были из Stampede2 в Frontera», - сказал Сиснерос. Один из его недавних выпускников, Эрик Васкес Монтелонго, настроил все вычисления для LICHEM на Frontera, основываясь на том, что он узнал на Stampede2. «Это действительно было благом. Frontera для наших расчетов работает очень хорошо. Мы очень довольны этим».

Один из постдоков в Cisneros Group, Сер Назим-Кан, создал модель для RDRP, ремдесивира и других кандидатов в лекарственные препараты, все в активном центре. Имея это в руках, они начали проводить симуляции.

«Мы были очень рады видеть, что ее модель на самом деле очень близка к экспериментальной структуре. Это действительно полезно для нас, потому что она подтверждает модель, созданную группой, и показывает, что мы на правильном пути», - добавил он. .

В настоящее время д-р Насим-Хан проводит молекулярно-динамическое моделирование этой модели с ремдесивиром на Frontera. «Мы также начинаем наши расчеты QM /MM для RDRP. В случае с основной протеазой были структуры, которые также нужно было смоделировать и впоследствии подтвердить. Это тоже очень удовлетворительно», - сказал Сиснерос.

Имея эти структурные данные, они рассматривают шесть различных молекул ингибитора. «Один из них, мы уже начинаем расчеты QM /MM на Frontera, а другой - на Stampede2», - сказал Сиснерос. Если все пойдет хорошо, он надеется получить результаты в ближайшие пять-шесть месяцев. «Это очень дорогие расчеты», - добавил он. «Кроме того, анализ требует времени. Если бы мы использовали только ресурсы дома, это заняло бы несколько лет».


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии