Symulacje przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu w Chicago przy użyciu superkomputera Frontera z Texas Advanced Computing Center (TACC) oferują kilka odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące SARS-CoV-2. Modele komputerowe wykazały kooperacyjne zachowanie białek receptorowych komórek gospodarza, które umożliwiają rozprzestrzenianie infekcji. Szczegóły opublikowano w Nature Communications. Prof. Gregory Voth z Uniwersytetu w Chicago wyjaśnił jak duże jest to osiągnięcie:

Odkryliśmy, że białko S oddziałuje z dwoma receptorami ACE2 w sposób bardzo kooperatywny. Jest to fundamentalne odkrycie biofizyczne.

Tajemnice białka S

Białka S występują na powierzchni wszystkich koronawirusów, także SARS-CoV-2, który wywołuje COVID-19. Łączą się one z receptorami białka konwertazy angiotensyny 2 (ACE2), które są liczne w ludzkich komórkach płuc. Samo białko S składa się z dwóch elementów: domeny S1 (rozpoznającą ACE2) oraz domeny S2 (stymulującej fuzję). 

Symulacje wykazały, że jedno białko S przytrzymuje receptor ACE2, a drugie zaczyna go rozrywać. Ten podwójny "cios" przygotowuje wirusa do wniknięcia do wnętrza komórek. Prof. Voth opisuje, dlaczego zrozumienie tego procesu, jest tak ważne:

Wydaje się, że warianty takie jak Delta i Omikron mogą jeszcze bardziej wzmocnić to zachowanie - jest to kluczowy krok. Ostatecznie, przyszłe przeciwciała i być może molekularne środki farmaceutyczne powinny być w stanie zakłócić ten proces.

Badania zostały przeprowadzone w ramach projektu konsorcjum COVID-19 HPC. Do symulacji użyto superkomputera Frontera w TACC, klastra komputerowego Witherspoon w IBM Research oraz zasobów Oak Ridge National Laboratory. Pierwotne badania przeprowadzono zanim jeszcze dane o wariantach Delta i Omikron były znane, dlatego w pracy nie uwzględniono tych mutacji. Naukowcy zebrali się ponownie i ulepszyli istniejące modele o nowe warianty. Prof. Voth potwierdził, że superkomputery są kluczowe w badaniu molekularnych mechanizmów mutacji wirusów:

Superkomputery, jeśli są dobrze wykorzystane i oparte na dobrej fizyce, mogą zapewnić zupełnie nowy sposób patrzenia na te procesy. Dzięki symulacji komputerowej można badać rzeczy, których obecnie nie da się zbadać za pomocą eksperymentów. Symulacja i eksperymenty bardzo dobrze ze sobą współgrają, idą w parze.