Опубликовано : Июн 22, 2020

Создание моделей белков с высоким разрешением для борьбы с COVID-19

protein
Кредит: CC0 Public Domain

Во время пандемии COVID-19 исследователи из Мичиганского государственного университета стали инициаторами проектов, направленных на содействие международным усилиям по разработке методов лечения от вируса. Одним из таких исследователей является доктор Майкл Фейг, который является частью кафедры биохимии и молекулярной биологии МГУ. Он и его постдок доктор Лим Хео создали высокоточные модели для вируса SARS-CoV-2. Поскольку эти структурные модели ранее не были доступны в эксперименте, эти высокоточные модели теперь можно использовать в дальнейших исследованиях, в которых проверяется, как определенные химические вещества реагируют на белки. Эти модели используются в качестве отправной точки другими исследователями для скрининга существующих лекарств или разработки новых лекарств для их потенциального использования при лечении COVID-19. Идея состоит в том, что если молекулярные структуры лекарств могут связываться с вирусом SARS-CoV-2, они могут препятствовать его функционированию и снижать тяжесть COVID-19.

В рамках более серьезных усилий по смягчению воздействия вируса на население предпринимаются три основных усилия. Первый — это разработка вакцин, второй — эпидемиологическое моделирование, а третий — «найти методы лечения путем повторного использования существующих лекарств и, в конечном итоге, разработки новых лекарств», по словам доктора Фейга. Доктор Фейг работает над достижением третьей цели. В то время как другие исследователи с этой целью участвуют в клиническом методе «проб и ошибок», работа д-ра Фейга позволяет использовать более точный подход, который меньше полагается на догадки, поскольку он касается моделирования и возможного тестирования химических реакций на основе смоделированных белковых структур. , Его группа специализируется на уточнении и моделировании молекулярных структур с высокой точностью, когда нет экспериментальных данных, и работа его группы особенно важна в том плане, что она предоставляет лучшие модели, которые могут быть созданы сегодня для белков SARS-CoV-2 с неизвестными структурами, так что препарат скрининг другими исследовательскими группами может быть более эффективным.

Конечно, его работа также довольно сложная. Хотя его группа уже имеет установленный протокол для создания высокоточных моделей, группа доктора Фейга обычно фокусируется на меньших белковых мишенях. Он заявил, что «поскольку цели в SARS-CoV-2 довольно велики, они создают вычислительные проблемы». Кроме того, он заявил, что «некоторые из них связаны с мембранами, что также добавляет дополнительную сложность, которую мы должны были решить». А именно, процесс, который использует его группа, очень затратен в вычислительном отношении, и чем больше и сложнее структура, тем больше вычислительных ресурсов требуется для генерации моделей для этой структуры. Мало того, что эти сложные структуры должны быть смоделированы, но они должны быть смоделированы как можно быстрее из-за срочности пандемии COVID-19. Доктор Фейг сказал, что он должен был «действительно настаивать на том, чтобы выпустить множество моделей с очень высоким уровнем точности». Его группа смогла преодолеть эту проблему, получив как можно больше вычислительных ресурсов на разных сайтах.

Кредит: Мичиганский государственный университет

Службы HPCC МГУ сыграли большую роль в оказании помощи исследовательской группе доктора Фейга в преодолении этих трудностей. Его группа использует высокопроизводительные вычисления (HPC) для «вычислительной задачи использования компьютерного моделирования для улучшения моделей». Чтобы приобрести необходимые инструменты для завершения моделей, группе доктора Фейга требуется большое количество компьютерных узлов. Их исследование требует особенно большого количества графических процессоров. Распределение в национальных суперкомпьютерных центрах помогло удовлетворить некоторые потребности, но д-р Фейг выразил благодарность ICER за то, что он «щедро предоставил нам доступ к некоторым из их графических процессоров», предоставив значительные дополнительные ресурсы для создания высокоточных моделей с большей скоростью. , Вклад ICER в услуги HPCC позволил группе доктора Фейга значительно ускорить процесс создания моделей.

Теперь доктор Фейг почти завершил создание моделей высокой точности для отдельных белков SARS-CoV-2 для отправки другим исследовательским группам. Большинство сгенерированных моделей для белков доступны для всеобщего сведения и начинают использоваться другими исследовательскими группами, которые работают над разработкой методов лечения COVID-19. Доктор Фейг объяснил, что следующим шагом для его группы является работа по объединению этих белков в «более биологически важные единицы» и в конечном итоге создание полной высокоточной модели вируса. Эта постоянная работа проводится в сотрудничестве с профессорами Ромми Амаро из UCSD и Саймой Халид из Университета Саутгемптона в Великобритании и направлена ​​на создание моделей вирусной оболочки с высоким разрешением. Такие модели могли бы дать более полное представление о том, как вирус функционирует в целом. В настоящее время основное внимание уделяется сборкам, которые относятся к белку спайка. Спайковый белок — это белок, который облегчает проникновение вируса в клетку на начальных стадиях инфекции. Изучая механизм, с которого начинается инфекция, другим группам легче находить решения, которые останавливают процесс заражения.

До пандемии доктор Фейг уже давно интересовался моделированием молекулярных структур высокого разрешения. Его работа исторически имела дело с созданием моделей высокой точности и улучшением методов построения моделей высокой точности. Он сказал, что до пандемии он «на самом деле не думал о коронавирусах, но появился COVID-19 и возникла большая потребность в точных моделях». Следовательно, его группа отказалась от всего, как только началась пандемия, и «действительно приложила все усилия для того, чтобы как можно лучше генерировать модели, чтобы помочь сообществу и позволить другим исследователям добиться большего успеха».

Spread the love

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *