Новые компьютерные модели помогают понять, как и почему распространяются вирусы

В Университете Брандейса сложные вычислительные модели и прогресс в графических процессорах помогают учёным понять сложное взаимодействие между геномными данными, структурой вируса и формированием его внешней белковой "оболочки" — капсида, критически важного для репликации.

"Мы надеемся, что часть наших находок поможет исследователям изменить процесс сборки вируса, лишив его способности к репликации", — говорит постдокторант Джейсон Перлмуттер, первый автор научной статьи, описывающей технику и опубликованной в открытом журнале eLife.

Известно, что многие вирусы способны захватывать генетический аппарат клеток-хозяев для производства собственных копий и распространения инфекции. Для многих семейств вирусов ключевой частью этого процесса является формирование белкового капсида вокруг вирусного генома.

Физика этого процесса сборки, которая включает взаимодействия между отрицательно заряженной нуклеиновой кислотой генома и положительно заряженным капсидным белком, зависит от ряда факторов, связанных со структурой генома вируса.

"Изменять все эти критические параметры генома в живом вирусе и наблюдать за поведением формирования капсида невозможно из-за скорости процесса и ограничений современных методов визуализации", — говорит доцент физики Майкл Хейган, в лаборатории которого проводилось исследование.

Именно поэтому подход команды — наиболее реалистичный на сегодняшний день — так важен для учёных, изучающих, как вирусный капсидный белок собирается вокруг своего генома в клетке. Команда использовала свой инструмент моделирования, чтобы рассчитать оптимальный геном для ряда специфических капсидов, различающихся по размеру, форме и поверхностным свойствам.

"Если применить модель к биологическим вирусам, мы можем предсказать в узком диапазоне ключевые структурные особенности вирусного генома и, как следствие, как эти параметры контролируют, соберётся ли капсид или произойдёт его неправильная сборка, и как эта неправильная сборка выглядит", — говорит Перлмуттер.

"Наш инструмент должен помочь учёным лучше понять взаимосвязь между вирусной структурой и упаковкой генома, что облегчит разработку противовирусных агентов, а также поможет перепроектировать вирусы для использования в генной терапии и доставке лекарств".