Vedci sa už dlho snažili pochopiť, ako sa kapsula HIV vyrába, a na tento účel použili rôzne laboratórne techniky, ako napríklad elektronickú kryomikroskopiu, kryo-MS tomografiu, nukleárnu magnetickú rezonanciu a rôntgenovú kryštalografiu. jednotlivé časti kapsidy s cieľom odhaliť podrobnosti a získať úplný zmysel.
Až do príchodu superpočítačov petascale však nikto nemohol zhromaždiť celú kapsulu HIV, súbor viac ako 1 300 identických proteínov, ktoré tvoria kuželovitú štruktúru podrobne rozpísanú na atómovej úrovni. Simulácie, ktoré pridali chýbajúce kúsky do skladačky, sa uskutočnili počas testov „Blue Waters“, nového superpočítača z Národného centra pre superpočítačové aplikácie na University of Illinois v Urbana-Champaign v Spojených štátoch.
„Je to veľká štruktúra, jedna z najväčších štruktúr, ktorá sa kedy vyriešila, “ uviedol profesor Univerzity Illinois Physics Klaus Schulten, ktorý s postdoktorským výskumníkom Juanom R. Perillam vykonal molekulárnu simuláciu údajov. integrovaný z laboratórnych experimentov, ktoré uskutočnili kolegovia z University of Pittsburgh a University of Vanderbilt v Spojených štátoch. "Bolo úplne jasné, že bude potrebovať veľa simulácie, najväčšej simulácie, aká bola kedy publikovaná. Účasť 64 miliónov atómov, " uviedol.
Predchádzajúci výskum ukázal, že kapsid HIV obsahuje sériu identických proteínov. Vedci vedeli, že proteíny sú usporiadané v pentagónoch a hexagónoch a predpokladajú, že pentagóny tvoria s elektrónovým mikroskopom najsilnejšie zaoblené rohy kapsidovej formy víza, ale nevedeli, koľko z týchto proteínových stavebných blokov bolo potrebných alebo ako boli pentagóny a Šesťuholníky sa spoja a vytvoria kapsidu.
Pittsburghov tím, ktorý režíroval profesor štruktúrnej biológie Peijun Zhang, vystavil základné zložky kapsidu podmienkam vysokej slanosti, čo viedlo k tomu, že sa proteíny spojili v skúmavkách vyrobených z šesťuholníkov. Iné experimenty odhalili interakcie medzi špecifickými oblasťami proteínov, ktoré sú „zásadné pre zostavenie kapsidov a vírusovú stabilitu a infekčnosť“.
Tím tiež vykonal kryoelektronickú tomografiu kompletného kapsidu rozrezanú na časti, aby získal približnú predstavu o jeho všeobecnom tvare. Perilla a Schulten použili údaje z týchto experimentov a zo svojich vlastných simulácií interakcií medzi hexamérmi a pentamérmi na vykonanie série rozsiahlych počítačových simulácií, ktoré predstavovali štrukturálne vlastnosti stavebných blokov kapsidu.
„Práca porovnania všeobecného kapsidu, vyrobeného zo 64 miliónov atómov, s rôznymi experimentálnymi údajmi, sa môže vykonať iba pomocou počítačovej simulácie pomocou metodiky, ktorú sme vyvinuli, nazývanej flexibilné nastavenie molekulárnej dynamiky, “ vysvetlil Schulten. V zásade ide o simuláciu fyzikálnych charakteristík a správania veľkých biologických molekúl okrem začlenenia údajov do simulácie tak, aby sa model skutočne posunul smerom k zhode s údajmi. ““
Simulácie odhalili, že kapsid HIV obsahoval 216 hexagénových proteínov a 12 pentagénových proteínov usporiadaných podľa naznačených experimentálnych údajov. Proteíny, ktoré tvoria tieto pentagóny a hexagóny, boli všetky identické, ale napriek tomu sa uhly spojenia medzi nimi líšili od jednej oblasti kapsidu k druhej. „To je skutočne tajomstvo, " povedal Schulten. „Ako môže jediný druh bielkoviny tvoriť niečo také rozmanitého? Proteín musí byť neodmysliteľne flexibilný."
Vedci uviedli, že pentagóny „vyvolávajú ostré zakrivenie povrchu“, čo umožňuje, aby kapsida bola uzavretá štruktúra, ktorá by nebola možná, keby kapsida bola zložená iba z hexagónov. Vlastníctvo podrobnej chemickej štruktúry kapsidu HIV umožní vedcom ďalej študovať, ako to funguje, s dôsledkami na farmakologické zásahy s cieľom narušiť túto funkciu, povedal Schulten.
„HIV kapsid má v skutočnosti dva úplne opačné domy, “ uviedol vedecký pracovník. „Genetický materiál musí byť chránený, ale akonáhle sa dostane do bunky, musí uvoľniť genetický materiál vo veľmi vhodnom čase: nie príliš rýchlo. je to dobré, príliš pomalé nie je dobré. ““ V tejto súvislosti vysvetlil, že načasovanie otvorenia kapsidu je nevyhnutné pre stupeň virulencie vírusu, takže v tomto okamihu je možno najlepším spôsobom, ako interferovať s infekciou HIV.
Zdroj: www.DiarioSalud.net
