芝加哥大学(University of Chicago)的研究人员创建了首个可用于计算导致covid -19的整个病毒的计算模型，他们正在广泛使用该模型，以帮助在大流行期间推进研究。
“如果你能理解病毒的工作原理，这是阻止它的第一步，”格雷戈里·沃斯教授说，他的团队创建了这个模型，并发表在《生物物理学杂志》上。“你对病毒的生命周期和组成所知的每一件事，都是一个你可以攻击它的弱点。”
沃斯和他的团队利用他们以前的经验，找到了病毒每个组成部分最重要的特征，并删除“不太重要”的信息，以建立一个全面但仍可在计算机上运行的计算模型。这种技术被称为粗粒度化，沃斯和他的学生帮助开创了这种技术。
简化框架有助于解决卫生研究的一个关键问题:尽管病毒是一种简单的生物实体,计算建模仍然是一个重大的挑战,尤其如果你想模型的任何病毒与宿主相互作用的身体,这意味着代表数以十亿美元计的原子。
沃斯说:“你可以尝试运行实际整个病毒的原子级模型，但在计算上，它会让你立即陷入困境。”“你也许能够管理它足够长的时间来模拟，比方说，几百纳秒的运动，但这还不足以找出最有用的信息。”
因此，许多研究人员专注于创建病毒单个蛋白质的模型。但是沃斯说，虽然这种分割的过程有它的用途，它也遗漏了更大的图景的一部分。
“病毒本身是一个整体，”计算科学家、黑格·p·帕帕齐安(Haig P. Papazian)化学杰出服务教授沃斯说。“在我看来，你不能假设你可以孤立地看单个部分。病毒不仅仅是它们各部分的总和。”
沃斯说，他的实验室多年来一直致力于建模其他病毒，如艾滋病毒。他们学到的一个教训是，病毒的多个部分相互协作。
例如，科学家可能会研究一种药物，它可以结合病毒表面的刺突蛋白，以阻止它们附着在宿主细胞上。“你可能想知道的一件主要事情是，你是否需要给每个刺突蛋白都注射才能起作用?”如果不是，你能逃脱惩罚的比例有多低?”沃斯说。“当你试图制造药物或抗体时，这是一个关键问题，你可以通过观察整个病毒来最好地理解它。”
该模型还提供了一个框架，一旦有新发现，科学家就可以在其中整合有关SARS-COV-2病毒的额外信息。
沃斯希望，该模型将被证明对冠状病毒药物设计以及理解可能出现的突变有用，比如最近在英国检测到的突变。任何人都可以下载该模型，并将其用于自己的研究。
沃斯说:“制作整个病毒的多尺度模型并迅速整合所有这些信息是技术上的一大进步。”“我真的为我的实验室感到骄傲。我们用了创纪录的时间，真的——仅仅几个月。”如果这次大流行有任何好处的话，我希望它能推动我们抗击新冠病毒类流感、艾滋病毒和未来出现的任何新冠病毒以外的病毒的工具。”
这项研究的第一作者是博士后研究员Alvin Yu。芝加哥大学的其他作者还有Alexander Pak、Peng He和Viviana Monje-Galvan。其他合著者还有加州大学圣迭戈分校的洛伦佐·卡萨里诺(Lorenzo Casalino)、齐德·盖耶布(Zied Gaieb)、阿比盖尔·德默(Abigail Doommer)和罗姆米·阿马洛(Rommie Amaro)。
计算资源由芝加哥大学的研究计算中心、德克萨斯高级计算机中心的弗朗特拉和匹兹堡超级计算中心提供。
引文:“SARS-CoV-2病毒粒子的多尺度粗粒度模型。”于等，生物物理杂志，1月5日。2021, https://doi.org/10.1016/j.bpj.2020.10.048。
资助:国家科学基金会，国家卫生研究院，RCSA研究，加州大学圣地亚哥摩尔癌症中心