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Super-computadores do uso dos pesquisadores para simular o trabalho interno do vírus de Ebola

Enquanto o mundo luta com a pandemia do coronavirus (COVID-19), um outro vírus raging outra vez em the Democratic Republic of the Congo nos últimos meses: Ebola. Desde a primeira manifestação estarrecente em 2013, o vírus de Ebola emergiu periòdicamente em África, causando o sangramento horrível em suas vítimas e, em muitos casos, morte.

Como podemos nós lutar estes agentes infecciosos que reproduzem sequestrando pilhas e reprogramming as em máquinas vírus-replicating? A ciência a nível molecular é crítica a ganhar as vantagens -- pesquisa que você encontrará corrente no laboratório do professor Juan Perilla na universidade de Delaware.

O Perilla e sua equipe do graduado e dos alunos de licenciatura no departamento de UD de química e de bioquímica estão usando super-computadores para simular os funcionamentos internos de Ebola, observando que as moléculas da maneira se movem, átomo pelo átomo, para realizar suas funções.

No trabalho o mais atrasado da equipe, revelam características estruturais do escudo enrolado da proteína do vírus, ou nucleocapsid, de que pode prometer os alvos terapêuticos, mais facilmente desestabilizados e batidos para fora por um tratamento antiviroso.

A pesquisa é destacada na introdução da terça-feira 20 de outubro do jornal da física química, que é publicada pelo instituto americano da física, uma federação das sociedades nas ciências físicas que representam mais de 120.000 membros.

O nucleocapsid de Ebola olha como uma mola de passeio furtiva, cujos os anéis vizinhos sejam conectados. Nós tentamos encontrar que factores controlam a estabilidade da esta Primavera em nossas simulações computorizadas.”

Perilla de Juan, professor, universidade de Delaware

O ciclo de vida de Ebola é altamente dependente deste nucleocapsid enrolado, que cerca o material genético do vírus que consiste em uma única costa do ácido ribonucléico (ssRNA). Os Nucleoproteins protegem este RNA do reconhecimento por mecanismos de defesa celulares.

Com as interacções com proteínas virais diferentes, tais como VP24 e VP30, estes nucleoproteins formam uma unidade funcional mínima -- uma máquina da cópia -- para a transcrição viral e a réplica.

Quando os nucleoproteins forem importantes para a estabilidade dos nucleocapsid, encontrar o mais surpreendente da equipe, Perilla disse, é aquele na ausência do RNA único-encalhado, o nucleocapsid torna-se rapidamente desorganizado. Mas o RNA apenas não é suficiente para estabilizá-lo.

Os íons cobrados igualmente observados da equipe que ligam ao nucleocapsid, que pode revelar onde outros factores celulares importantes ligam e estabilizam a estrutura durante o ciclo de vida do vírus.

O Perilla comparou o trabalho da equipe a uma busca para molecular “botões” esse controle a estabilidade dos nucleocapsid como os botões de controle do volume que podem ser girados até a réplica impedida do vírus.

A equipe de UD construiu dois sistemas da dinâmica molecular do nucleocapsid de Ebola para seu estudo. Um RNA único-encalhado incluído; o outro conteve somente o nucleoprotein. Os sistemas foram simulados então usando o super-computador do Frontera do centro de elaboração avançado Texas - o super-computador académico o maior no mundo. As simulações tomaram aproximadamente dois meses para terminar.

O assistente de pesquisa graduado Chaoyi Xu executou as simulações moleculars, quando a equipe inteira foi envolvida em desenvolver a estrutura analítica e em conduzir a análise. Escrever o manuscrito era uma experiência de aprendizagem para Xu e assistente de pesquisa Tanya do universitário Nesterova, que não tinham sido envolvidos directamente neste trabalho antes.

Igualmente recebeu o treinamento como um cientista computacional da próxima geração com apoio do programa dos eruditos da pesquisa do universitário de UD e do programa do XSEDE-EMPOWER do NSF. O último permitiu que execute a pesquisa a mais de nível elevado usando os super-computadores superiores da nação. A experiência de Nidhi Katyal do pesquisador pos-doctoral igualmente era essencial a trazer o projecto à conclusão, Perilla disse.

Quando uma vacina existir para Ebola, deve ser mantido extremamente frio, que é difícil nas regiões africanas remotas onde as manifestações ocorreram. A ajuda do trabalho da equipe avançará tratamentos novos?

“Como básico os cientistas nós são entusiasmado compreender os princípios fundamentais de Ebola,” Perilla disse. “O nucleocapsid é a proteína a mais abundante no vírus e é altamente imunogenético -- capaz de produzir uma resposta imune. Assim, nossos resultados novos podem facilitar a revelação de tratamentos antivirosos novos.”

Actualmente, o Perilla e o Hadden-Perilla de Jodi estão usando simulações do super-computador para estudar o coronavirus novo que causa COVID-19. Embora as estruturas do nucleocapsid em Ebola e em COVID-19 compartilhem de algumas similaridades -- ambos são haste-como protofilaments helicoidais e ambos são envolvidos na réplica, na transcrição e na embalagem de genomas virais -- isso é o lugar onde as similaridades terminam.

“Nós agora estamos refinando a metodologia que nós nos usamos para Ebola para examinar SARS-CoV-2,” Perilla disse.

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.