Kemiker udvikler 3D-simuleringer af proteiner til spike i coronavirus

Beregningskemiker Mahmoud Moradi vil udvikle forbedret, 3D-simuleringer af molekylær dynamik i coronavirus spike glycoproteiner for at få en bedre forståelse af, hvordan virussen binder sig til menneskelige celler.

Kortlægning af, hvordan disse proteiner gennemgår konformationsændringer for at binde til værtscellereceptorer, er afgørende for udviklingen af ​​coronavirus -vacciner og terapeutika. Simuleringer er især vigtige, fordi en ramme for lægemiddeldesign vil kræve dynamisk, tredimensionelle visualiseringer af cellestrukturer og adfærd, frem for et statisk billede.

"Som med andre vira, et afgørende trin i coronavirus -infektionsprocessen er viral indtræden, sagde Moradi, adjunkt ved J. William Fulbright College of Arts and Sciences. "Med coronavirus, vi ved, at disse pigglycoproteiner formidler adgang til den menneskelige celle. Både SARS-CoV-2, årsagen til COVID-19, og SARS-CoV, årsagen til SARS-epidemien 2002-2003, har piggproteiner, der binder sig til den samme receptor i humane celler. "

Moradis arbejde er en del af COVID-19 High Performance Computing Consortium, et samarbejde fra regeringen, industrien og akademiske partnere fokuserede på computerressourcer til COVID-19-forskning. I spidsen for Det Hvide Hus Kontor for Videnskab og Teknologi Politik, det amerikanske energiministerium og IBM, konsortiets frivillige gratis beregner tid og ressourcer på nogle af verdens mest magtfulde supercomputere.

For at udføre simuleringerne, Moradi har fået adgang til Frontera, en National Science Foundation-sponsoreret supercomputer, der ligger på University of Texas i Austin. Frontera er den største supercomputer på ethvert universitetsområde.

Moradis projekt drager fordel af flere nylige, højopløselige 3-D-modeller af coronavirus-spike-proteiner. Disse modeller kan bruges som indledende strukturer til at begynde simuleringer, der muliggør analyse af proteinernes detaljerede mekanismer og deres adfærd ved viral indgang. Forbedret, detaljerede simuleringer af en sådan molekylær dynamik vil give et komplet billede af proteiners strukturelle ændringer, samt hvordan de binder sig til angiotensin-konverterende enzym 2, den specifikke humane celle receptor.

Moradis forskning ligger i skæringspunktet mellem biologi, fysik, kemi, matematik, statistik og datalogi. Hans biomolekylære simuleringer og beregningsteorier forklarer, hvordan proteiner, arbejdshestens molekyler i celler, fungere på molekylært niveau. Hans arbejde forbedrer geometriske modeller for at beskrive, hvordan proteiner ændrer deres form, og hvordan disse ændringer påvirker et proteins adfærd. I februar, han modtog $ 650, 000 National Science Foundation Faculty Early Career Development -pris for dette arbejde.