Колебания и перемещения атомов раскрывают ключевые аспекты эволюции COVID-19

Ричард Фейнман в свое время сказал: Все, что делают живые существа, можно описать в терминах колебаний и перемещений атомов. На этой неделе в журнале Nature Nanotechnology опубликовано новаторское исследование, проливающее новый свет на эволюцию коронавируса и его опасных вариантов.

Ученые добились этого благодаря анализу поведения атомов в белках, находящихся на границе между вирусом и человеком. Работа под названием «Одномолекулярная силовая стабильность интерфейса SARS-CoV-2-ACE2 в вариантах, вызывающих озабоченность» является результатом международной совместной работы исследователей из шести университетов трех стран.

Исследование позволяет существенно расширить представление о механической стабильности коронавируса, являющейся ключевым фактором его превращения в глобальную пандемию. Для изучения биомеханических свойств биохимических связей в вирусе группа исследователей использовала передовое вычислительное моделирование и технологию магнитного пинцета. Полученные результаты свидетельствуют о критических различиях в механической устойчивости различных штаммов вируса и указывают на то, как эти различия способствуют его агрессивности и распространению.

Поскольку, по данным Всемирной организации здравоохранения, от COVID-19 в мире умирает около 7 млн. человек, причем более 1 млн. только в США, понимание механических свойств вируса приобретает решающее значение для разработки эффективных мер и методов лечения. Группа подчеркивает, что понимание молекулярных тонкостей этой пандемии является ключом к формированию наших ответных мер на будущие вирусные вспышки.

Углубляясь в исследование, специалисты Университета Оберн под руководством профессора Рафаэля К. Бернарди, доцента кафедры биофизики, а также докторов Марсело Мело и Присцилы Гомес сыграли ключевую роль в исследовании, используя мощный вычислительный анализ. Их работа с использованием узлов NVIDIA HGX-A100 для вычислений на GPU позволила раскрыть сложные аспекты поведения вируса.

Профессор Бернарди, получивший премию NSF Career Award, тесно сотрудничал с профессором Гаубом из LMU (Германия) и профессором Липфертом из Утрехтского университета (Нидерланды). Их коллективный опыт охватывает различные области, и в результате было достигнуто полное понимание фактора вирулентности SARS-CoV-2. Их исследование показало, что равновесная аффинность связывания и механическая стабильность интерфейса «вирус — человек» не всегда коррелируют, что очень важно для понимания динамики распространения и эволюции вирусов.

Кроме того, использование магнитного пинцета для изучения силовой устойчивости и кинетики связывания интерфейса SARS-CoV-2:ACE2 у различных штаммов вируса открывает новые перспективы для прогнозирования мутаций и корректировки терапевтических стратегий. Уникальность методики заключается в том, что она позволяет измерить степень связывания вируса с рецептором ACE2 — ключевой точкой входа в клетки человека — в условиях, имитирующих дыхательные пути человека.

Группа обнаружила, что, хотя все основные варианты COVID-19 (такие как Alpha, Beta, Gamma, Delta и Omicron) связываются с клетками человека сильнее, чем оригинальный вирус, вариант Alpha отличается особой стабильностью связывания. Это может объяснить, почему он так быстро распространился в популяциях, не имевших ранее иммунитета к COVID-19. Полученные результаты также позволяют предположить, что другие варианты, такие как Beta и Gamma, эволюционировали таким образом, что им удалось избежать некоторых иммунных реакций, что может дать им преимущество в тех регионах, где люди имеют некоторый иммунитет, либо в результате предыдущих инфекций, либо вакцинации.

Интересно, что варианты Delta и Omicron, ставшие доминирующими во всем мире, обладают признаками, которые помогают им избегать иммунной защиты и, возможно, легче распространяться. Однако они не обязательно связываются сильнее, чем другие варианты. Профессор Бернарди говорит:

Это исследование важно, поскольку оно помогает нам понять, почему некоторые варианты COVID-19 распространяются быстрее, чем другие. Изучив механизм связывания вируса, мы сможем предсказать, какие варианты могут стать более распространенными, и подготовить более эффективные меры борьбы с ними.

Данное исследование подчеркивает важность биомеханики для понимания вирусного патогенеза и открывает новые пути для научных исследований эволюции вирусов и разработки терапевтических средств. Оно свидетельствует о совместном характере научных исследований, направленных на решение серьезных проблем здравоохранения.

27.11.2023


Подписаться в Telegram



Здоровье

Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни

Нервная анорексия поражает как мужчин, та...

Cell: Выяснилось, почему из-за конфет и жвачки без сахара бывают газы
Cell: Выяснилось, почему из-за конфет и жвачки без сахара бывают газы

Исследователи из Калифорнийского универси...

ИВЛ может травмировать менее эластичные легкие недоношенных
ИВЛ может травмировать менее эластичные легкие недоношенных

Многие недоношенные дети нуждаются в меха...

Neuropsychologia: Как эмоции помогают людям с афазией подбирать слова
Neuropsychologia: Как эмоции помогают людям с афазией подбирать слова

Людям с афазией труднее придумать слова, ...

eGastroenterology: Точная медицина нейтрализует воспалительные болезни кишечника
eGastroenterology: Точная медицина нейтрализует воспалительные болезни кишечника

Распространенность воспалительных заболеваний ...

Virology: Ученые создали белок рецептора COVID в клетках мыши
Virology: Ученые создали белок рецептора COVID в клетках мыши

Группа ученых из Брукхейвенской националь...

Nucleic Acids Research: Ученые открыли ключевые этапы восстановления ДНК
Nucleic Acids Research: Ученые открыли ключевые этапы восстановления ДНК

Изучая социальную мобильность в современн...

Ученые нашли ген, отсутствие которого вызывает бесплодие
Ученые нашли ген, отсутствие которого вызывает бесплодие

Мыши, у которых отсутствует определенный ...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как выглядит работающий рекламный баннер
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса