在一臺超級計算機(jī)上花了兩年時間模擬HIV衣殼生命的1.2微秒。HIV衣殼由6400萬個原子組成，是一種將HIV病毒運(yùn)送到人細(xì)胞的細(xì)胞核中的蛋白籠狀物。這種模擬為這種病毒如何檢測它的環(huán)境和完成它的感染周期提供新的認(rèn)識。相關(guān)研究結(jié)果于2017年7月19日在線發(fā)表在Nature Communications期刊上，論文標(biāo)題為“Physical properties of the HIV-1 capsid from all-atom molecular dynamics simulations”。

圖片來自Juan Perilla。  

論文通信作者、美國伊利諾伊大學(xué)研究科學(xué)家Juan R. Perilla說，“我們正在了解HIV衣殼系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，不僅是它的結(jié)構(gòu)，而且是它如何改變它的環(huán)境，并對它的環(huán)境作出反應(yīng)。”這些細(xì)節(jié)可能有助科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)打敗這種病毒的新方法。

論文共同作者、伊利諾伊大學(xué)物理學(xué)教授Klaus Schulten（死于2016年10月）開創(chuàng)性地利用分子動力學(xué)模擬研究大型的生物學(xué)系統(tǒng)。他將這種方法稱為“計算顯微術(shù)（computational microscopy）”。

這種衣殼模擬是在美國能源部的泰坦（Titan）超級計算機(jī)上開展的。分析這些數(shù)據(jù)需要伊利諾伊大學(xué)國家超級計算應(yīng)用中心的藍(lán)水（Blue Waters）超級計算機(jī)。

HIV衣殼是由上百個相同的蛋白組成的，這些蛋白排列成一種由六邊形結(jié)構(gòu)和五邊形結(jié)構(gòu)組裝成的網(wǎng)絡(luò)，每個結(jié)構(gòu)在它的中間具有一個微小的孔。這種衣殼含有這種病毒的遺傳物質(zhì)，將它隱藏在宿主細(xì)胞防御中。它也運(yùn)輸這種病毒到細(xì)胞核中，它必須滲入這種細(xì)胞核才完成感染。

Perilla說，這項新的研究揭示出這種衣殼的幾種性質(zhì)可能增強(qiáng)它檢測它的環(huán)境和發(fā)現(xiàn)它通往細(xì)胞核的路徑的能力。比如，它證實這種衣殼的不同部分按照不同的頻率振動。他說，這些振動可能將信息從這種衣殼的一部分傳遞到它的另一部分。

這項研究也揭示出離子流進(jìn)和流出這種衣殼上的孔。陰離子聚集在這種衣殼內(nèi)部的帶正電荷的表面上，而陽離子附著到這種衣殼的帶負(fù)電荷的外表面上。

Perilla說，“如果你能夠破壞這種衣殼試圖維持的這種靜電平衡，那么你可能能夠迫使它過早破裂。”

這種正電荷內(nèi)部也可能有助促進(jìn)DNA構(gòu)成單元（即核苷酸）流入。Perilla 說，HIV需要來自宿主的這些分子，將它自己的RNA轉(zhuǎn)化為DNA。他說，這些DNA構(gòu)成單元攜帶著負(fù)電荷，而且足夠小以至于能夠通過這種衣殼上的孔。

Perilla說，這些數(shù)據(jù)揭示出這種衣殼上的潛在弱點，這些弱點可能被用來開發(fā)靶向它的新藥物來打敗HIV。

原標(biāo)題：Nat Commun：利用分子動力學(xué)模擬揭示HIV衣殼與它的環(huán)境之間的相互作用