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Superordenadores del uso de los investigadores para simular el trabajo interno del virus de Ebola

Mientras que el mundo ataca con el pandémico del coronavirus (COVID-19), otro virus ha estado rabiando otra vez en la República Democrática del Congo estos últimos meses: Ebola. Desde el primer brote aterrorizante en 2013, el virus de Ebola ha emergido periódicamente en África, causando la extracción de aire espantosa en sus víctimas y, en muchos casos, muerte.

¿Cómo podemos luchar estos agentes infecciosos que se reproduzcan secuestrando las células y reprogramándolas en las máquinas de virus-repliegue? La ciencia en el nivel molecular es crítica a ganar la ventaja -- investigación que usted encontrará en curso en el laboratorio de profesor Juan Perilla en la universidad de Delaware.

El Perilla y sus personas del graduado y de estudiantes universitarios en el departamento de UD de la química y de la bioquímica están utilizando los superordenadores para simular los funcionamientos internos de Ebola, observando que las moléculas de la manera se mueven, átomo por el átomo, para realizar sus funciones.

En el último trabajo de las personas, revelan las características estructurales de la granada enrollada de la proteína del virus, o el nucleocapsid, que puede prometer los objetivos terapéuticos, desestabilizados y golpeados más fácilmente fuera por un tratamiento antivirus.

La investigación se destaca en la aplicación del martes 20 de octubre el gorrón de la física química, que es publicada por el instituto americano de la física, una federación de sociedades en las ciencias físicas que representan a más de 120.000 piezas.

El nucleocapsid de Ebola parece un muelle que recorre furtivo, cuyos se conectan anillos vecinos. Intentamos encontrar qué factores controlan la estabilidad de este primavera en nuestras simulaciones por ordenador.”

Perilla de Juan, profesor, universidad de Delaware

El ciclo vital de Ebola es altamente relacionado en este nucleocapsid en espiral, que rodea el material genético del virus que consiste en un único cabo del ácido ribonucleico (ssRNA). Las nucleoproteínas protegen este ARN contra el reconocimiento por los mecanismos de defensa celulares.

Con acciones recíprocas con diversas proteínas virales, tales como VP24 y VP30, estas nucleoproteínas forman una unidad funcional mínima -- una máquina de la copia -- para la transcripción y la réplica virales.

Mientras que las nucleoproteínas son importantes para la estabilidad de los nucleocapsid, el encontrar más asombrosamente de las personas, Perilla dijo, es ése en ausencia de ARN de una sola fila, el nucleocapsid llega a ser rápidamente desordenado. Pero el ARN solamente no es suficiente estabilizarlo.

Los iones cargados también observados de las personas que atan al nucleocapsid, que puede revelar dónde otros factores celulares importantes atan y estabilizan la estructura durante el ciclo vital del virus.

El Perilla comparó el trabajo de las personas a una búsqueda para molecular las “perillas” ese mando la estabilidad de los nucleocapsid como las perillas de mando de volumen que se pueden girar hasta una réplica más trasera del virus.

Las personas de UD construyeron dos sistemas de la dinámica molecular del nucleocapsid de Ebola para su estudio. Un ARN de una sola fila incluido; el otro contuvo solamente la nucleoproteína. Los sistemas entonces fueron simulados usando el superordenador de Frontera del centro de cómputo avance Tejas - el superordenador académico más grande del mundo. Las simulaciones tardaron cerca de dos meses para terminar.

El asistente de investigación graduado Chaoyi Xu ejecutó las simulaciones moleculares, mientras que las personas enteras estuvieron implicadas en desarrollar el marco analítico y el conducto del análisis. La escritura del manuscrito era una experiencia de aprendizaje para Xu y el asistente de investigación del estudiante Tania Nesterova, que no habían estado implicados directamente en este trabajo antes.

Ella también recibió el entrenamiento como un científico de cómputo de la siguiente-generación con el apoyo del programa de los escolares de la investigación del estudiante de UD y del programa del XSEDE-EMPOWER del NSF. Este último ha permitido que ella realice la investigación del más alto nivel usando los superordenadores superiores de la nación. La experiencia de Nidhi Katyal del investigador postdoctoral también era esencial para traer el proyecto a la realización, Perilla dijo.

Mientras que una vacuna existe para Ebola, debe ser mantenido extremadamente frío, que es difícil en las regiones africanas alejadas donde han ocurrido los brotes. ¿La ayuda del trabajo de las personas avance nuevos tratamientos?

“Como básico excitan a los científicos nosotros para entender los principios fundamentales de Ebola,” Perilla dijo. “El nucleocapsid es la proteína más abundante del virus y es altamente inmunogenético -- capaz de producir una inmunorespuesta. Así, nuestras nuevas conclusión pueden facilitar el revelado de nuevos tratamientos antivirus.”

Actualmente, el Perilla y el Hadden-Perilla de Jodi están utilizando simulaciones del superordenador para estudiar el coronavirus nuevo que causa COVID-19. Aunque las estructuras del nucleocapsid en Ebola y COVID-19 compartan algunas semejanzas -- ambos están varilla-como protofilaments espirales y ambos están implicados en la réplica, la transcripción y el empaque de genomas virales -- aquí es donde las semejanzas terminan.

“Ahora estamos refinando la metodología que utilizamos para Ebola para examinar SARS-CoV-2,” Perilla dijo.

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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.