Компьютерное моделирование показало, что мутации шипового белка SARS-CoV-2, которые усиливают способность вируса связываться с рецептором ACE2, происходят в двух кластерах, или «горячих точках» мутаций.
SARS-CoV-2 эволюционировал для приобретения мутаций в спайковом белке — части вируса, которая выступает с его поверхности и цепляется за клетки для инфицирования. Мутации этой части коронавируса повышают его способность связываться с клетками человека или уклоняться от антител. Новое исследование Центров геномики и системной биологии Нью-Йоркского университета и Нью-Йоркского университета в Абу-Даби использует компьютерное моделирование для оценки биологического значения мутаций шиповых белков. Цель — выявить версии вируса, которые прочнее связываются рецептором ACE2 или активнее сопротивляются антителам.
Ученые предполагают, что именно эти мутации в белке-шипе являются ключевой причиной быстрого распространения вируса в некоторых частях мира.
В последние месяцы появились новые и более заразные штаммы коронавируса, что привело к новым волнам эпидемии в таких странах, как Индия и Бразилия. Ухудшающаяся ситуация требует методов быстрого прогнозировании новых инфекционных вирусных штаммов. Но отслеживать новые варианты — задача не из легких; секвенирование генома показывает, что один только спайковый белок SARS-CoV-2, например, имеет около 5 000 возможных вариантов.
Скрининг такого большого набора вариантов представляет собой огромную проблему для традиционных экспериментальных методов, отмечают ученые. Преимущество компьютерного моделирования в том, что сотню мутаций можно легко оценить за несколько дней.
Ученые обратились к вычислительному методу, который моделирует, как белок-спайк SARS-CoV-2 распознает рецептор ACE2 — белок на поверхности многих типов клеток — чтобы проникнуть в клетки-хозяева. Они оценили 1 003 комбинации мутаций в белках шипа коронавируса, включая и те, которые привели к всплеску заражений в Бразилии, Южной Африке, Великобритании и Индии.
Систематическая оценка вариантов показала, что спайковые мутации, которые прочно связываются с рецептором ACE2, встречаются в двух кластерах, или «горячих точках» мутаций на интерфейсе связывания. Они расположены в структурно гибких регионах. Это значит, что мутации, которые увеличивают связывание, эффективно перепрограммировали конформацию шипа, чтобы усилить его способность распознавать рецепторы ACE2.
Исследование опубликовано в Journal of Molecular Biology.
Читать также
Автономный дрон ВВС США Skyborg совершил первый полет