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Supercomputer di uso dei ricercatori per simulare il lavoro interno del virus di Ebola

Mentre il mondo affronta with la pandemia di coronavirus (COVID-19), un altro virus sta infuriandosi ancora negli ultimi mesi in repubblica democratica del Congo: Ebola. Dal primo scoppio terrificante nel 2013, il virus di Ebola è emerso periodicamente in Africa, causante lo spurgo orribile nelle sue vittime e, in molti casi, morte.

Come possiamo combattere questi agenti infettante che si riproducono dirottando le celle e riprogrammandole nei commputer direplica? La scienza al livello molecolare è critica ad avere la meglio -- ricerca che troverete in corso nel laboratorio del professor Juan Perilla all'università di Delaware.

Il Perilla ed il suo gruppo del laureato e degli studenti universitari nel dipartimento di UD di chimica e della biochimica stanno utilizzando i supercomputer per simulare i funzionamenti interni di Ebola, osservando che le molecole di modo si muovono, atomo dall'atomo, per espletare le loro funzioni.

Nell'ultimo lavoro del gruppo, rivelano le funzionalità strutturali dello shell arrotolato della proteina del virus, o il nucleocapsid, che può promettere gli obiettivi terapeutici, destabilizzati e tramortiti più facilmente da un trattamento antivirale.

La ricerca è evidenziata nell'edizione del martedì 20 ottobre del giornale di fisica chimica, che è pubblicata dall'istituto americano di fisica, una federazione delle società in scienze fisiche che rappresentano più di 120.000 membri.

Il nucleocapsid di Ebola assomiglia ad una sorgente di camminata sexy, di cui gli anelli vicini sono connessi. Abbiamo provato a trovare che fattori gestiscono la stabilità di questa primavera nelle nostre simulazioni su elaboratore.„

Perilla di Juan, il professor, università di Delaware

Il ciclo di vita di Ebola dipende altamente da questo nucleocapsid arrotolato, che circonda il materiale genetico del virus che consiste di singolo filo di acido ribonucleico (ssRNA). Le nucleoproteine proteggono questo RNA dal riconoscimento dai meccanismi di difesa cellulari.

Con le interazioni con differenti proteine virali, quali VP24 e VP30, queste nucleoproteine formano un'unità funzionale minima -- un commputer della copia -- per trascrizione e la replica virali.

Mentre le nucleoproteine sono importanti alla stabilità dei nucleocapsid, l'individuazione più sorprendente del gruppo, Perilla ha detto, è quella in assenza di RNA unico incagliato, il nucleocapsid rapidamente è disordinata. Ma il RNA da solo non è sufficiente per stabilizzarla.

Gli ioni caricati anche osservati del gruppo che legano al nucleocapsid, che può rivelare dove altri fattori cellulari importanti legano e stabilizzano la struttura durante il ciclo di vita del virus.

Il Perilla ha confrontato il lavoro del gruppo ad una ricerca di molecolare “perni„ quel controllo la stabilità dei nucleocapsid come perni del controllo del volume che possono essere girati fino alla replica più posteriore del virus.

Il gruppo di UD ha sviluppato due sistemi di dinamica molecolare del nucleocapsid di Ebola per il loro studio. Un RNA unico incagliato incluso; l'altro ha contenuto soltanto la nucleoproteina. I sistemi poi sono stati simulati facendo uso del supercomputer di Frontera del centro di elaborazione avanzato il Texas - il più grande supercomputer accademico nel mondo. Le simulazioni hanno richiesto circa due mesi per completare.

L'assistente di ricerca laureato Chaoyi Xu ha eseguito le simulazioni molecolari, mentre l'intero gruppo è stato coinvolgere nello sviluppare la struttura analitica e nella conduzione dell'analisi. La scrittura del manoscritto era un'esperienza di apprendimento per Xu e l'assistente di ricerca dello studente non laureato Tanya Nesterova, che direttamente non erano stati interessati già in questo lavoro.

Egualmente ha ricevuto l'addestramento come uno scienziato di calcolo di prossima generazione con supporto dal programma degli studiosi della ricerca dello studente non laureato di UD e dal programma del XSEDE-EMPOWER del NSF. L'ultimo ha permesso che lei realizzasse la ricerca più ad alto livello facendo uso dei supercomputer superiori della nazione. La competenza di Nidhi Katyal del ricercatore postdottorale egualmente era essenziale a portare il progetto al completamento, Perilla ha detto.

Mentre un vaccino esiste per Ebola, deve essere tenuto estremamente freddo, che è difficile nelle regioni africane remote dove gli scoppi hanno accaduto. La guida del lavoro del gruppo avanzerà i nuovi trattamenti?

“Poichè di base gli scienziati noi sono eccitati per capire i principi fondamentali di Ebola,„ Perilla ha detto. “Il nucleocapsid è la proteina più abbondante nel virus ed è altamente immunogeno -- capace di produrre una risposta immunitaria. Quindi, i nostri nuovi risultati possono facilitare lo sviluppo di nuovi trattamenti antivirali.„

Corrente, il Perilla ed il Hadden-Perilla di Jodi stanno usando le simulazioni del supercomputer per studiare il coronavirus novello che causa COVID-19. Sebbene le strutture del nucleocapsid in Ebola e in COVID-19 dividano alcune similarità -- entrambi sono protofilaments elicoidali bastoncini bastoncino ed entrambi sono compresi nella replica, nella trascrizione e nell'imballaggio dei genoma virali -- quello è dove le similarità cessano.

“Ora stiamo migliorare la metodologia che abbiamo usato per Ebola per esaminare SARS-CoV-2,„ Perilla ha detto.

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.