Forscher haben das erste funktionelle Rechenmodell des gesamten Virus hinter der COVID-19-Krankheit fertiggestellt - und sie stellen das neue Modell allgemein zur Verfügung, um die weltweite Forschung zur Eindämmung der Pandemie voranzutreiben, so a aktuelle Studie veröffentlicht in Biophysical Journal .
Wissenschaftler haben das erste Modell des gesamten Virus hinter COVID-19 erstellt
"Wenn Sie verstehen, wie ein Virus funktioniert, ist dies der erste Schritt, um ihn zu stoppen", sagte Professor Gregory Voth, dessen Team das in beschriebene unverzichtbare Modell entwickelte. die Studie . "Alles, was Sie über den Lebenszyklus und die Zusammensetzung des Virus wissen, ist ein Schwachstellenpunkt, an dem Sie ihn treffen können."
Voth und sein Team von der University of Chicago nutzten ihre früheren Erfahrungen, um die wichtigsten Merkmale jeder einzelnen Komponente des COVID-19-Virus zu erkennen - und die "weniger wichtigen" Aspekte zu berücksichtigen. Dadurch konnten sie ein umfassendes Rechenmodell einfach erstellengenug, um auf einem Computer ausgeführt zu werden, aber nicht zu komplex, um die Rechenkapazitäten zu erschöpfen.
Das U of C-Team war Pionier dieser Methode - "Grobkörnung" genannt -, die das neue COVID-19-Rechenmodell ermöglichte.
Modellierung der Interaktion des COVID-19-Virus mit Wirtskörpern
Dieser vereinfachte Ansatz hat dazu beigetragen, ein entscheidendes Problem in der Gesundheitsforschung zu lösen: Während Viren in der Welt der biologischen Einheiten vergleichsweise einfach sind, ist die Schaffung eines Computersystems, das sie genau modellieren kann, äußerst schwierig - insbesondere dann, wenn das Ziel darin besteht, die Art und Weise des Virus zu modelliereninteragiert mit einem Wirtskörper und fügt dem Milliarden von Atomen hinzu simuliertes Szenario .
"Sie könnten versuchen, ein Atom-Level-Modell des tatsächlichen gesamten Virus auszuführen, aber rechnerisch würde es Sie sofort stören", sagte Voth. Phys.org Berichte . "Möglicherweise können Sie es lange genug verwalten, um beispielsweise Bewegungen im Wert von einigen hundert Nanosekunden zu modellieren, aber das ist nicht lange genug, um die nützlichsten Informationen herauszufinden."
Gestalttheorie der Virenmodellierung
Diese Einschränkung ist der Grund, warum sich Forscher darauf konzentriert haben, Modelle diskreter Proteine des Virus zu erstellen. Obwohl dieser Prozess der Stückmahlzeit seine Vorteile hat, verliert er auch das Gesamtbild, sagte Voth, der zusätzlich Computerwissenschaftler istein Haig P. Papazian Distinguished Service Professor für Chemie.
"Das Virus selbst ist eine ganzheitliche Sache", fügte Voth hinzu. "Meiner Meinung nach kann man nicht davon ausgehen, dass man einzelne Teile isoliert betrachten kann. Viren sind mehr als nur die Summe ihrer Teile."
COVID-19-Virenteile sind interaktiv
Das U of C-Labor hat laut Voth jahrelang an der Modellierung zahlreicher Viren - einschließlich HIV - gearbeitet. Eine der Erkenntnisse, die das Team über Viren gewonnen hat, ist die Zusammenarbeit mehrerer Teile von ihnen.
Zum Beispiel ein Medikament, an das gebunden werden kann Spike-Proteine auf der Oberfläche eines Virus - um zu verhindern, dass sie sich an Wirtszellen anlagern - kann ein Haken auftreten.
COVID-19-Virusmodell offen für Forschung zur Bekämpfung von Pandemien
"Eines der wichtigsten Dinge, die Sie vielleicht wissen möchten, ist, müssen Sie jedes Spike-Protein dosieren, damit es funktioniert?", Sagte Voth. "Wenn nicht, mit wie wenig Prozent können Sie davonkommen? Dies ist ein SchlüsselFrage, wenn Sie versuchen, Medikamente oder Antikörper zu erzeugen, und das können Sie am besten verstehen, wenn Sie sich das gesamte Virus ansehen. "
Voth und sein Team hoffen, dass ihr neues Modell Wissenschaftlern hilft, nützliche zu entwickeln Coronavirus-Medikamente - und bietet gleichzeitig Einblicke in Mutationen des Virus, wie sie kürzlich aus Großbritannien und Südafrika entdeckt wurden. Zum Zeitpunkt des Schreibens kann das Modell zu Forschungszwecken von jedem heruntergeladen werden, was bedeutet, dass das Modell bereits der globalen Gesundheitsversorgung hilftBemühungen zur Bekämpfung der Pandemie.