超級計算機分析揭示英國/南非新冠變種為何更具傳染性、致命性?

據外媒報道,科學家藉助得州高級計算中心(TACC) 的Frontera超級計算機輔助建立了COVID-19變種的感染模型。所有的病毒都會在自我復制的過程中發生變異,以達到傳播和發展的目的。導致COVID-19的病毒SARS-CoV-2被證明也不例外。目前,COVID-19有4000多個變種,在大流行期間已經造成全球270多萬人死亡。

超級計算機分析揭示英國/南非新冠變種為何更具傳染性、致命性?

英國的變種也被稱為B.1.1.7,於2020年9月首次被檢測到,目前造成英國98%的COVID-19病例。而在過去的幾個月里,它似乎在它所傳播到的其他大約100個國家中得到了穩固的控制,包括法國、丹麥和美國。

世界衛生組織表示,B.1.1.7是與南非和巴西出現的其他變種一起引起關注的幾種變種之一。

「英國、南非和巴西的變種比原來的病毒更具傳染性,更容易逃脫免疫力,”美國天主教大學的研究科學家Victor Padilla-Sanchez說。”我們需要了解為什麼它們的傳染性更強,而且在許多情況下,更加致命。」

所有三個變種都對它們的刺突糖蛋白進行了改變–這是病毒附着在人體細胞上的部分。因此,它們更善於感染細胞和傳播。

在2021年1月發表在《Research Ideas and Outcomes》上的一篇研究論文中,Padilla-Sanchez詳細討論了英國和南非的變種。他介紹了對與ACE2受體結合的刺突糖蛋白結構的計算分析,其中引入了變異。他的論文概述了這些變體與人體細胞結合更好的原因。

超級計算機分析揭示英國/南非新冠變種為何更具傳染性、致命性?

「我一直在分析最近公布的SARS-CoV-2刺突糖蛋白與ACE2受體結合的結構,並發現為什麼新的變體更容易傳播,」他說。「這些發現是使用加州大學舊金山分校的Chimera軟件和使用得州高級計算中心的Frontera超級計算機進行分子動力學模擬獲得的。」

Padilla-Sanchez發現,英國新冠變種在刺突糖蛋白上有許多突變,但最重要的是與ACE2受體相互作用的受體結合域的一個突變N501Y。

「這種N501Y突變提供了更高的結合效率,從而使病毒更具傳染性。這種變體正在取代之前在英國的病毒,並在世界許多其他地方傳播,」他說。

南非變種出現在2020年 10 月,並在刺突糖蛋白上有更重要的變化,使它比英國變種更危險。它涉及一個關鍵的突變–稱為E484K–幫助病毒逃避抗體和免疫系統的一部分,可以根據以前感染或疫苗的經驗對抗新冠病毒。由於該變體逃避了免疫力,身體將無法對抗病毒。「我們開始在美國這里看到南非的變異體,」他說。

Padilla-Sanchez進行了結構分析,研究了病毒的晶體結構;以及分子動力學來獲得這些發現。「在進行這項研究時,主要的計算挑戰是找到一台足夠強大的計算機來完成分子動力學任務,這將產生非常大的文件,並且需要大量的記憶體。如果沒有Frontera超級計算機,這項研究是不可能完成的。」Padilla-Sanchez說。

根據Padilla-Sanchez的說法,目前的疫苗不一定能治療變異體。「變異體將需要自己的特定疫苗。我們將需要盡可能多的疫苗來治療出現的變異體。」

展望未來,Padilla-Sanchez將繼續研究SARS-CoV-2發生的變化。「這是一個非常快的項目–計算研究持續了一個月,」他說。「有很多其他實驗室在做濕實驗室實驗,但計算研究並不多。這就是我現在決定做這項重要的工作的原因。」

來源:cnBeta