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Superordinateurs d'utilisation de chercheurs pour simuler le fonctionnement interne du virus Ebola

Pendant que le monde s'attaque à la pandémie du coronavirus (COVID-19), un autre virus avait fait rage de nouveau en république démocratique du Congo ces derniers mois : Ebola. Depuis la première manifestation terrifiante en 2013, le virus Ebola a périodiquement apparu en Afrique, entraînant la purge terrifiante dans ses victimes et, dans de nombreux cas, mort.

Comment pouvons-nous lutter ces agents infectieux qui se reproduisent en détournant des cellules et en les reprogrammant dans les machines virus-reproduisantes ? La Science au niveau moléculaire est critique à gagner le dessus -- recherche que vous trouverez en cours dans le laboratoire de professeur Juan Perilla à l'Université du Delaware.

Le Perilla et son équipe de diplômé et d'étudiants de premier cycle en département de chimie et biochimies d'UD utilisent des superordinateurs pour simuler les fonctionnements internes d'Ebola, observant que les molécules de voie déménagent, atome par l'atome, pour effectuer leurs fonctionnements.

Dans le dernier travail de l'équipe, ils indiquent les caractéristiques structurelles de la shell enroulée de la protéine du virus, ou le nucleocapsid, qui peut promettre les objectifs thérapeutiques, plus facilement déstabilisés et frappés à l'extérieur par un traitement antiviral.

La recherche est mise en valeur dans l'édition du mardi 20 octobre du tourillon de la physique chimique, qui est publiée par l'institut américain de la physique, une fédération des sociétés en sciences physiques représentant plus de 120.000 membres.

Le nucleocapsid d'Ebola ressemble à un ressort de marche furtif, dont les sonneries voisines sont branchées. Nous avons essayé de trouver quels facteurs règlent la stabilité de ce printemps dans nos simulations sur ordinateur. »

Perilla de Juan, professeur, Université du Delaware

La durée de vie utile d'Ebola dépend hautement de ce nucleocapsid enroulé, qui entoure le matériel génétique du virus se composant d'une monocaténaire d'acide ribonucléique (ssRNA). Les nucléoprotéines protègent ce l'ARN contre être décelé par les mécanismes de défense cellulaires.

Par des interactions avec différentes protéines virales, telles que VP24 et VP30, ces nucléoprotéines forment un élément fonctionnel minimal -- une machine de copie -- pour la transcription et la réplication virales.

Tandis que les nucléoprotéines sont importantes pour la stabilité des nucleocapsid, la conclusion la plus étonnante de l'équipe, Perilla a dit, est celle faute d'ARN monocatenaire, le nucleocapsid devient rapidement désordonnée. Mais seul l'ARN n'est pas suffisant pour la stabiliser.

Les ions chargés également observés d'équipe grippant au nucleocapsid, qui peut indiquer où d'autres facteurs cellulaires importants grippent et stabilisent la structure pendant la durée de la vie utile du virus.

Le Perilla comparé le travail de l'équipe à une recherche des « poignées » moléculaires ce contrôle la stabilité des nucleocapsid aiment les boutons de contrôle du volume qui peuvent être tournés jusqu'à une réplication virale plus de derrière.

L'équipe d'UD a établi deux systèmes de dynamique moléculaire du nucleocapsid d'Ebola pour leur étude. ARN un monocatenaire inclus ; l'autre a contenu seulement la nucléoprotéine. Les systèmes ont été alors simulés utilisant le Texas avancé calculant le superordinateur de Frontera du centre - le plus grand superordinateur scolaire dans le monde. Les simulations ont pris environ deux mois pour compléter.

L'aide à la recherche licenciée Chaoyi Xu a fait fonctionner les simulations moléculaires, alors que l'équipe entière était impliquée en développant le cadre analytique et en réalisant l'analyse. L'inscription du manuscrit était une expérience apprenante pour Xu et aide à la recherche Tanya Nesterova d'étudiant préparant une licence, qui n'avaient pas été directement impliqués dans ce travail avant.

Il a également reçu la formation comme un scientifique de calcul de la deuxième génération avec le support du programme de chercheurs de recherches de l'étudiant préparant une licence d'UD et du programme du XSEDE-EMPOWER du NSF. Ce dernier lui a permis d'exécuter la recherche de plus haut niveau utilisant les premiers superordinateurs du pays. Les compétences de Nidhi Katyal de chercheur post-doctoral étaient également essentielles à porter le projet à l'achèvement, Perilla a dit.

Tandis qu'un vaccin existe pour Ebola, il doit être maintenu extrêmement froid, qui est difficile dans des régions africaines distantes où les manifestations se sont produites. L'aide du travail de l'équipe avancera-t-elle des demandes de règlement neuves ?

« Car fondamental des scientifiques nous sont excités pour comprendre les principes principaux d'Ebola, » Perilla a dit. « Le nucleocapsid est la protéine la plus abondante dans le virus et il est hautement immunogène -- capable produire une réaction immunitaire. Ainsi, nos découvertes neuves peuvent faciliter le développement des traitements antiviraux neufs. »

Actuel, le Perilla et le Hadden-Perilla de Jodi emploient des simulations de superordinateur pour étudier le coronavirus nouveau qui entraîne COVID-19. Bien que les structures du nucleocapsid dans Ebola et COVID-19 partagent quelques similitudes -- les deux sont des protofilaments hélicoïdaux comme une tige et les deux sont impliqués dans la réplication, la transcription et l'emballage des génomes viraux -- c'est où les similitudes finissent.

« Nous maintenant raffinons la méthodologie que nous avions l'habitude pour Ebola d'examiner SARS-CoV-2, » Perilla a dit.

Source:
Journal reference:

Xu, C., et al. (2020) Molecular determinants of Ebola nucleocapsid stability from molecular dynamics simulations. The Journal of Chemical Physics. doi.org/10.1063/5.0021491.