Вирусът на СПИН декодиран с помощта на отворен код

Учени от университета на щата Илинойс симулираха за първи път структурата на протеиновата обвивка (капсид) на вируса на СПИН. За целта са използвани петафлопов суперкомпютър Blue Waters, който е един от най-бързите в света, и програмен продукт NAMD с отворен код.

Изследователите са извършили 100-наносекундна симулация на молекулярното движение на 4 милиона атома, които образуват 1300 идентични протеина, съставляващи обвивката. Данните от симулацията са получени с помощта на метод за електронна микроскопия, известен като криоелектронна томография, благодарение на който е постигната резолюция 8 ангстрьома (единица за разстояние при атоми и молекули).

Изчислителната мощност, използвана за провеждане на моделирането, е рекордна в цялата история на научните експерименти, предвид взаимодействието на 64 милиона атома, коментира Клаус Шултен, професор по физика в университета на Илинойс.

При симулацията са приложени законите на движението към отделни атоми. Моделирани са действията на силите на привличане и отблъскване между частиците, които обуславят техните сложни движения. За да извършат това, учените е трябвало да дискретизират (да разбият на малки интервали) пространството и времето. Симулацията е включвала огромен брой итерации, при всяка от които действието на силите се е изчислявало отново.

Провеждането на толкова сложен експеримент е подпомогнато от софтуер с отворен код за моделиране на молекулярна динамика, известен като NAMD (Not just Another Molecular Dynamics program). Продуктът е собствена разработка на лабораторията за теоретична и компютърна биофизика към университета на Илинойс и се разпространява чрез сайта й заедно с изходния код под некомерсиален лиценз.

Суперкомпютърът Blue Waters, на който е извършена симулацията, се състои от изчислителни модули Cray XE6 и XK7, които използват мощта на графични процесори Nvidia Tesla K20X. Модулите работят под управление на Linux-базирана операционна система. Учените са адаптирали NAMD за работа на GPU клъстер, което е позволило едновременна симулация на милиони частици със скорост един квадрилион операции в секунда.

Вече е известно, че протеиновите атоми, съставляващи капсида на СПИН, се обединяват в пента- и хексагонални вериги, придавайки на обвивката форма, сходна с повърхността на футболна топка. В процеса на симулация учените са изяснили, че тези вериги са 228, от които 216 имат хексагонална форма, а 12 – пентагонална.

Откритието е важно за медицината и фармацевтиката, тъй като основната функция на протеиновата обвивка е да защитава вируса при неговото движение между клетките. Щом вирусът влезе вътре в клетката, протеиновата обвивка се разкрива, задействайки разрушителния механизъм на СПИН.

За другите вируси вече са създадени лекарства, които възпрепятстват разкриването на обвивката в клетката или обратно – преждевременно я отварят, докато вирусът е извън клетката, като така повреждат генетичния му материал. Познаването на структурата на обвивката на вируса на СПИН ще позволи създаване на ефективни лекарства за борба с коварния вирус.

Коментар