2013 m. Gegužės 31 d., Penktadienis. JAV tyrėjai nustatė tikslią ŽIV kapsido, baltymo apvalkalo, saugančio viruso genetinę medžiagą ir kuris yra raktas į jo virulentiškumą, cheminę struktūrą. Tai gali būti naujų būdų apsiginti nuo dažnai keičiantis virusas, rašoma žurnalo „Gamta“ viršelyje. Kapsidas tapo patraukliu tikslu kuriant naujus antiretrovirusinius vaistus.
Mokslininkai ilgą laiką bandė suprasti, kaip konstruojamas ŽIV kapsidas, ir tam panaudojo įvairius laboratorinius metodus, tokius kaip elektroninė kriomikroskopija, krio-MS tomografija, branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopija ir rentgeno kristalografija. atskiros kapsido dalys, siekiant atskleisti detales ir įgyti visišką prasmę.
Tačiau kol neatsirado petasazolių superkompiuteriai, niekas negalėjo surinkti viso ŽIV kapsido - daugiau nei 1 300 vienodų baltymų, sudarančių kūgio formos struktūrą, rinkinio, išsamiai aprašyto atominiame lygmenyje. Iliustino universiteto Nacionalinio superkompiuterių pritaikymo centro, esančio Urbana-Champaign, JAV, naujojo superkompiuterio „Mėlynieji vandenys“ bandymai buvo atlikti imitacijos, įtraukiančios trūkstamus dėlionės elementus.
„Tai yra didžiulė struktūra, viena didžiausių kada nors išspręstų struktūrų“, - teigė Ilinojaus universiteto fizikos profesorius Klausas Schultenas, kuris kartu su podoktorantūros tyrinėtoju Juanu R. Perilla atliko molekulinius duomenų modeliavimus. integruotas iš laboratorinių eksperimentų, kuriuos atliko kolegos Pitsburgo ir Vanderbilto universitetuose (abu JAV). "Buvo labai aišku, kad reikės daug modeliavimo, didžiausias kada nors paskelbtas modeliavimas. Dalyvavo 64 milijonai atomų", - sakė jis.
Ankstesni tyrimai parodė, kad ŽIV kapsidėje yra identiškų baltymų serija. Mokslininkai žinojo, kad baltymai yra išdėstyti penkiakampiuose ir šešiakampiuose, ir padarė prielaidą, kad penkiakampiai sudaro stipriausiai suapvalintus kapsido kampus, formuodami vizą elektroniniu mikroskopu, tačiau nežinojo, kiek šių baltymų statybinių blokų reikia ar kaip penkiakampiai ir Šešiakampiai jungiasi ir sudaro kapsidę.
Režisierius, struktūrinės biologijos profesoriaus Peijuno Zhango, Pitsburgo komanda pagrindinius kapsido komponentus veikė dideliu druskingumu, todėl baltymai prisijungė prie vamzdžių, pagamintų iš šešiakampių. Kiti eksperimentai atskleidė sąveiką tarp specifinių baltymų sričių, kurios yra „pagrindinės kapsidų jungimosi ir viruso stabilumo bei užkrečiamumo srityse“, praneša tyrėjai.
Komanda taip pat atliko krioelektroninę viso kapsido tomografiją, supjaustytą dalimis, kad būtų galima susidaryti apytikslę supratimą apie jo bendrąją formą. Perilla ir Schulten panaudojo šių eksperimentų duomenis ir iš savo pačių imituotų heksametrų ir pentamerių sąveikos modeliavimus, kad atliktų didelio masto kompiuterinio modeliavimo serijas, kurios parodytų kapidido konstrukcinių blokų struktūrines savybes.
„Derinti bendrą kapsidą, sudarytą iš 64 milijonų atomų, su įvairiais eksperimento duomenimis galima tik atlikus kompiuterinį modeliavimą, naudojant mūsų sukurtą metodiką, vadinamą lanksčiu molekulinės dinamikos pritaikymu“, - aiškino Schultenas. Iš esmės tai yra didelių biologinių molekulių fizinių savybių ir elgsenos modeliavimas, be to, kai duomenis reikia įtraukti į modeliavimą, kad modelis iš tikrųjų juda atitikimo duomenims link. "
Modeliavimas atskleidė, kad ŽIV kapsidėje buvo 216 šešiakampių baltymų ir 12 penkiakampių baltymų, išdėstytų kaip rodo eksperimentiniai duomenys. Baltymai, sudarantys šiuos penkiakampius ir šešiakampius, buvo visi vienodi, tačiau, nepaisant to, jungimosi kampai tarp jų skyrėsi nuo vienos kapsido srities iki kitos. "Tai iš tikrųjų yra paslaptis, - svarstė Schultenas. - Kaip vieno tipo baltymai gali sudaryti taip skirtingą pavidalą? Baltymai iš prigimties turi būti lankstūs."
Penkiakampiai „sukelia staigų paviršiaus kreivumą“, pranešė tyrėjai, leisdami kapsidui būti uždarai struktūrai, kuri nebūtų buvusi įmanoma, jei kapsidą sudarytų tik iš šešiakampių. Turėdami išsamią cheminę ŽIV kapsido struktūrą, tyrėjai galės toliau tirti, kaip ji veikia, ir tai turės įtakos farmakologinėms intervencijoms, kad būtų sutrikdyta ši funkcija, sakė Schultenas.
„ŽIV kapsidas iš tikrųjų turi du visiškai priešingus namus, - teigė tyrėjas. - Genetinė medžiaga turi būti apsaugota, tačiau, patekusi į ląstelę, ji turi išlaisvinti genetinę medžiagą labai tinkamu metu: ne per greitai. gerai, per lėtai nėra gerai “. Šiuo atžvilgiu jis paaiškino, kad kapsito atidarymo laikas yra būtinas norint nustatyti viruso virulentiškumą, todėl šiuo metu tai yra bene geriausias būdas įsikišti į ŽIV infekciją.
Šaltinis:
Žymės:
Kitoks Seksualumas Grožis
Mokslininkai ilgą laiką bandė suprasti, kaip konstruojamas ŽIV kapsidas, ir tam panaudojo įvairius laboratorinius metodus, tokius kaip elektroninė kriomikroskopija, krio-MS tomografija, branduolinio magnetinio rezonanso spektroskopija ir rentgeno kristalografija. atskiros kapsido dalys, siekiant atskleisti detales ir įgyti visišką prasmę.
Tačiau kol neatsirado petasazolių superkompiuteriai, niekas negalėjo surinkti viso ŽIV kapsido - daugiau nei 1 300 vienodų baltymų, sudarančių kūgio formos struktūrą, rinkinio, išsamiai aprašyto atominiame lygmenyje. Iliustino universiteto Nacionalinio superkompiuterių pritaikymo centro, esančio Urbana-Champaign, JAV, naujojo superkompiuterio „Mėlynieji vandenys“ bandymai buvo atlikti imitacijos, įtraukiančios trūkstamus dėlionės elementus.
„Tai yra didžiulė struktūra, viena didžiausių kada nors išspręstų struktūrų“, - teigė Ilinojaus universiteto fizikos profesorius Klausas Schultenas, kuris kartu su podoktorantūros tyrinėtoju Juanu R. Perilla atliko molekulinius duomenų modeliavimus. integruotas iš laboratorinių eksperimentų, kuriuos atliko kolegos Pitsburgo ir Vanderbilto universitetuose (abu JAV). "Buvo labai aišku, kad reikės daug modeliavimo, didžiausias kada nors paskelbtas modeliavimas. Dalyvavo 64 milijonai atomų", - sakė jis.
Ankstesni tyrimai parodė, kad ŽIV kapsidėje yra identiškų baltymų serija. Mokslininkai žinojo, kad baltymai yra išdėstyti penkiakampiuose ir šešiakampiuose, ir padarė prielaidą, kad penkiakampiai sudaro stipriausiai suapvalintus kapsido kampus, formuodami vizą elektroniniu mikroskopu, tačiau nežinojo, kiek šių baltymų statybinių blokų reikia ar kaip penkiakampiai ir Šešiakampiai jungiasi ir sudaro kapsidę.
Režisierius, struktūrinės biologijos profesoriaus Peijuno Zhango, Pitsburgo komanda pagrindinius kapsido komponentus veikė dideliu druskingumu, todėl baltymai prisijungė prie vamzdžių, pagamintų iš šešiakampių. Kiti eksperimentai atskleidė sąveiką tarp specifinių baltymų sričių, kurios yra „pagrindinės kapsidų jungimosi ir viruso stabilumo bei užkrečiamumo srityse“, praneša tyrėjai.
Komanda taip pat atliko krioelektroninę viso kapsido tomografiją, supjaustytą dalimis, kad būtų galima susidaryti apytikslę supratimą apie jo bendrąją formą. Perilla ir Schulten panaudojo šių eksperimentų duomenis ir iš savo pačių imituotų heksametrų ir pentamerių sąveikos modeliavimus, kad atliktų didelio masto kompiuterinio modeliavimo serijas, kurios parodytų kapidido konstrukcinių blokų struktūrines savybes.
„Derinti bendrą kapsidą, sudarytą iš 64 milijonų atomų, su įvairiais eksperimento duomenimis galima tik atlikus kompiuterinį modeliavimą, naudojant mūsų sukurtą metodiką, vadinamą lanksčiu molekulinės dinamikos pritaikymu“, - aiškino Schultenas. Iš esmės tai yra didelių biologinių molekulių fizinių savybių ir elgsenos modeliavimas, be to, kai duomenis reikia įtraukti į modeliavimą, kad modelis iš tikrųjų juda atitikimo duomenims link. "
Modeliavimas atskleidė, kad ŽIV kapsidėje buvo 216 šešiakampių baltymų ir 12 penkiakampių baltymų, išdėstytų kaip rodo eksperimentiniai duomenys. Baltymai, sudarantys šiuos penkiakampius ir šešiakampius, buvo visi vienodi, tačiau, nepaisant to, jungimosi kampai tarp jų skyrėsi nuo vienos kapsido srities iki kitos. "Tai iš tikrųjų yra paslaptis, - svarstė Schultenas. - Kaip vieno tipo baltymai gali sudaryti taip skirtingą pavidalą? Baltymai iš prigimties turi būti lankstūs."
Penkiakampiai „sukelia staigų paviršiaus kreivumą“, pranešė tyrėjai, leisdami kapsidui būti uždarai struktūrai, kuri nebūtų buvusi įmanoma, jei kapsidą sudarytų tik iš šešiakampių. Turėdami išsamią cheminę ŽIV kapsido struktūrą, tyrėjai galės toliau tirti, kaip ji veikia, ir tai turės įtakos farmakologinėms intervencijoms, kad būtų sutrikdyta ši funkcija, sakė Schultenas.
„ŽIV kapsidas iš tikrųjų turi du visiškai priešingus namus, - teigė tyrėjas. - Genetinė medžiaga turi būti apsaugota, tačiau, patekusi į ląstelę, ji turi išlaisvinti genetinę medžiagą labai tinkamu metu: ne per greitai. gerai, per lėtai nėra gerai “. Šiuo atžvilgiu jis paaiškino, kad kapsito atidarymo laikas yra būtinas norint nustatyti viruso virulentiškumą, todėl šiuo metu tai yra bene geriausias būdas įsikišti į ŽIV infekciją.
Šaltinis:
