大规模模拟显示HIV衣壳与其环境相互作用

在一台超级计算机上花了两年的时间来模拟HIV衣壳生命中的1.2微秒，这是一种将HIV病毒传播到人体细胞核的蛋白质笼。6400万原子模拟为病毒如何感知其环境并完成其感染周期提供了新的见解。该研究结果发表在Nature Communications杂志上。

“我们正在学习HIV衣壳系统的细节，不仅仅是结构，还有它如何改变环境并对环境做出反应，”伊利诺伊大学的研究科学家Juan R. Perilla说道，他带领着这项研究。物理学教授克劳斯舒尔滕。Perilla说，这些细节可以帮助科学家找到新的方法来击败病毒。

Schulten于2016年10月去世，他开创了分子动力学模拟应用于大型生物系统的研究。他称这种方法为“计算显微镜”。

衣壳模拟是在能源部的Titan超级计算机上进行的。分析数据需要第二台超级计算机Blue Waters，位于美国国家超级计算应用中心。

HIV衣壳由数百个相同的蛋白质组成，这些蛋白质排列在六面和五面结构的网络中，每个结构的中心都有一个小孔。衣壳含有病毒的遗传物质，将其隐藏在宿主细胞防御之外。它还将病毒转运到细胞核，它必须渗透才能完全感染。

Perilla说，这项新研究揭示了一些可能增强衣壳感知环境并找到进入细胞核的能力的特性。例如，它表明衣壳的不同部分以不同的频率振荡。他说，这些振荡可能会将信息从衣壳的一部分传递到另一部分。

该研究还揭示了离子流入和流出衣壳孔。负离子积聚在衣壳内的带正电荷的表面上，而正离子附着在外面，带负电荷。

“如果你可以打破衣壳试图保持在一起的这种静电平衡，你可能会迫使它过早地爆裂，”Perilla说。

带正电荷的内部也有助于促进DNA构建模块的涌入。Perilla说，病毒需要来自宿主的这些分子将其自身的RNA转化为DNA。他说，这些被称为核苷酸的DNA构建块带有负电荷，并且足够小以穿过衣壳的毛孔。

研究人员还发现，应力通过衣壳传播模式。在实验显示的区域中，应力对齐最容易爆裂。

Perilla说，这些数据揭示了潜在的漏洞，这些漏洞可以通过瞄准其衣壳来开发新药以击败HIV病毒。

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