超级计算机创建了 HIV 病毒壳的原子级模型

艾滋病病毒(HIV)包装其遗传物质的信封被以前所未有的细节进行了研究。
图片来源:TCBG-UIUC

人类免疫缺陷病毒(HIV)的衣壳既是保护罩,又是敞开的后门。衣壳位于每个 HIV 颗粒的中心,保护着病毒的遗传物质。一旦病毒进入人体细胞,衣壳就会按照既定程序有序地解体,从而启动病毒对细胞的接管。

然而,衣壳可能容易受到某些药物的攻击,研究人员目前正在研究这些药物作为潜在的治疗方法。(目前没有 HIV 药物以衣壳为靶点。)伊利诺伊大学的物理学家 Klaus Schulten 在一份声明中说:“衣壳打开的时间对于病毒的毒力程度至关重要。这或许是我们能够最好地干扰 HIV 感染的地方。”

Schulten 是一个团队的成员,该团队首次在原子层面模拟了 HIV 衣壳的结构。科学家们已经对构成 HIV 衣壳的蛋白质有了很多了解,但直到现在才能够了解到衣壳由多少蛋白质组成等细节。新的模型需要巨大的计算能力,直到最近才具备这种能力;伊利诺伊大学的 Blue Waters 超级计算机模拟了衣壳中所有 6400 万个原子,该计算机在计算过程中可以维持 1 PFLOPS 的性能。

Shulten 和他的团队,包括来自美国几所大学的生物学家、物理学家和疾病研究人员,希望他们的模型能帮助其他人设计出某种程度上会干扰衣壳的药物。

研究人员发现,衣壳主要由 216 个六边形蛋白质组成,这些蛋白质像蜂巢中的细胞一样整齐地排列在一起。同时,12 个战略性分布的五边形蛋白质在衣壳中形成尖锐的角落,将其塑造成一个狭窄的圆锥体。先前的研究表明,这些五边形构成了衣壳的角落,而这项研究则证实了这一点。

该团队还进行了一些模拟,展示了哪些类型的结构扰动会导致衣壳无法正确形成或以高倍率复制。

Luke Jerram

为了验证他们的模型,该团队将结果与他们和之前其他科学家发现的关于 HIV 衣壳的数据进行了比较,包括关于衣壳独特形状的信息。模型与现有数据非常吻合,模型构建者在他们今天发表在《自然》杂志上的一篇论文中写道。

能够如此精确地看到如此微小到甚至没有颜色的东西,这真是太棒了——病毒比光的波长小得多。然而,对一些人来说,看到 HIV 的结构可能尤其具有影响力。Luke Jerram 是英国一位制作微生物玻璃雕塑的艺术家。他以前制作过 HIV 颗粒,并在 2009 年收到了一位匿名粉丝的来信:

亲爱的 Luke,
我刚刚看到了你制作的 HIV 玻璃雕塑的照片。
我看得停不下来。知道有数百万个这样的家伙在我体内,并且会伴随我一生。你的雕塑,即使只是照片,也比我以前见过的任何照片或插图都让我对 HIV 感觉更真实。看到我的敌人,以及最终可能导致我死亡的东西,却觉得如此美丽,这是一种非常奇特的感觉。
谢谢。

 

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Francie Diep 是一位居住在加利福尼亚州圣巴巴拉的科学记者。除了《Popular Science》,她的作品还发表在《Scientific American》、《Smithsonian》及其他刊物上。她对基因、细胞、机器人、档案馆以及互联网上的奇特内容着迷。

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