От квантовых колебаний до нанодиаментов: необычные инструменты для отслеживания опасных вариантов SARS-CoV-2

Ученые предлагают использовать набор физических методов для более легкого обнаружения и нейтрализации опасных вариантов коронавируса SARS-CoV-2.

На встрече APS March Meeting 2022 исследователи обсудят, как квантовые колебания, молекулярное картографирование, геномный надзор и нанодиаменты могут раскрыть секреты спайк-белка и RNA вируса, что приведет к улучшению диагностики, оценке риска вариантов и лечению.

Молекулярная карта точки связывания

Все варианты SARS-CoV-2 используют спайк-белок для проникновения в клетки. Карстен Санбонмацу и Чанг-Шунг Тунг из Los Alamos National Laboratory с помощью вычислительных методов определили молекулярный состав области, где вирус прикрепляется к клетке-хозяину. Их новые модели этой части белка согласуются с экспериментальными данными и объясняют противоречивые результаты измерений плотности.

"Плохие колебания" спайк-белка

Группа из University of KwaZulu-Natal обнаружила, что связывание спайк-белка с рецептором клетки-хозяина вызывает специфические колебания. Эти колебания могут увеличивать вероятность переноса электрона в рецепторах хозяина — процесса квантового туннелирования. Мутации, ведущие к новым вариантам, меняют паттерны колебаний. Это открытие может помочь в разработке терапии, прерывающей эти колебания, и в прогнозировании заразности новых штаммов.

Статистическая физика для прогноза заразности

Физик Джон Бартон из University of California Riverside с коллегами применил методы статистической физики к данным геномного надзора. Их модель позволяет комплексно оценить влияние мутаций SARS-CoV-2 на передачу вируса, используя миллионы собранных вирусных последовательностей. Метод выявил "горячие точки" в геноме, где возникают высокозаразные мутации, в том числе в менее изученных белках, помимо спайка. Модель позволяет быстро обнаруживать более трансмиссивные варианты (например, Alpha и Delta), когда их частота в регионе составляет всего около 1%.

Квантовый сенсор на основе нанодиаментов

Для ранней диагностики исследователи под руководством Чанхао Ли из MIT разработали квантовый сенсор для обнаружения RNA вируса. В основе сенсора — NV-центры (nitrogen-vacancy) в нанодиаментах и магнитные наночастицы. Тест обладает сверхнизким уровнем ложноотрицательных результатов, превосходя стандартные PCR-тесты. Для срабатывания сенсора достаточно всего нескольких сотен копий вируса, что обещает сделать тест дешевым, быстрым и легко масштабируемым. Первые результаты были опубликованы в Nano Letters.

Использование этих физических методов — от квантовых до статистических — может не только ускорить окончание текущей пандемии, но и заложить основу для более быстрого реагирования на будущие угрозы.