Биофизики из университета Иллинойса смоделировали молекулярную структуру протеиновой оболочки ВИЧ, что в перспективе позволит создать более эффективные препараты для терапии СПИДа.
Исследователи сумели воспроизвести защитную структуру ВИЧ, применив графическую симуляцию на базе бесплатного программного пакета с открытым кодом.
Для моделирования ученые использовали петафлопный суперомпьютер Blue Waters, являющийся одним из самых быстрых суперкомпьютеров в мире. В качестве операционной системы, управляющей модулями суперкомпьютера, используется Linux .
Для того, чтобы воспроизвести структуру протеиновой оболочки ВИЧ (называемую капсидом), ученые произвели детализированную симуляцию 100 наносекунд молекулярного движения 4 миллионов атомов, которые образуют 1300 идентичных белков, составляющих капсид ВИЧ.
Симуляция молекулярного движения заключается в применении законов движения к отдельным атомам. Исследователь моделирует действие сил притяжения и отталкивания между частицами, благодаря которым возникает их сложное движение. “Вычислительная мощность, использованная для проведения моделирования, стала рекордной за всю историю научных экспериментов – учитывалось взаимодействие 64 миллионов атомов”, – сообщил Клаус Шультен, профессор физики университета Иллинойса.
Произвести столь сложную симуляцию исследователям помог открытый программный пакет для моделирования молекулярной динамики, носящий название NAMD (Not just Another Molecular Dynamics program). NAMD является собственной разработкой лаборатории теоретической и компьютерной биофизики университета штата Иллинойс.
Уже было известно, что атомы белков, составляющих капсид ВИЧ, объединяются в пента- и гексагональные цепочки, таким образом, придавая протеиновой оболочке форму, схожую с поверхностью футбольного мяча. В результате симуляции с помощью NAMD, ученые выяснили, что таких цепочек 228, из которых 216 имеют гексагональную форму, а 12 – пентагональную.
Открытие имеет важность для медицины и фармацевтики, так как основной функцией белковой оболочки является защита вируса при его движении между клетками. Как только вирус отказывается внутри клетки, белковая оболочка раскрывается, тем самым запуская разрушительный механизм ВИЧ.
Для других вирусов уже создаются лекарственные препараты, препятствующие раскрытию оболочки в клетке или наоборот, преждевременно раскрывающие ее вне клетки, что приводит к повреждению генетического материала вируса. Знание структуры оболочки позволит создать подобные препараты и для борьбы с ВИЧ.
Напомним, в апреле этого года ученые из США были вынуждены прервать клинические испытания вакцины от ВИЧ из-за ее неэффективности. В ходе клинических испытаний ученые не нашли подтверждения и тому, что вакцина снижает вирусную нагрузку у ВИЧ-инфицированных, что было одной из целей ее создания.
