Массивное моделирование показало взаимодействие капсида ВИЧ с окружающей средой

Двухлетнее моделирование на суперкомпьютере позволило воспроизвести 1,2 микросекунды из жизни капсида ВИЧ — белковой оболочки, которая доставляет вирус к ядру клетки человека. Моделирование системы из 64 миллионов атомов дало новое понимание того, как вирус "ощущает" своё окружение и завершает инфекционный цикл.

Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

"Мы изучаем детали системы капсида ВИЧ — не только его структуру, но и то, как он изменяет своё окружение и реагирует на него", — сказал ведущий автор исследования Хуан Р. Перилья. Эти детали могут помочь учёным найти новые способы борьбы с вирусом.

Моделирование капсида было выполнено на суперкомпьютере Titan Министерства энергетики США. Для анализа данных потребовался второй суперкомпьютер — Blue Waters.

Капсид ВИЧ состоит из сотен идентичных белков, образующих сеть шестиугольных и пятиугольных структур с крошечной порой в центре каждой. Капсид скрывает генетический материал вируса от защиты клетки-хозяина и транспортирует вирус к ядру клетки, которое необходимо инфицировать.

Исследование выявило несколько свойств, которые, вероятно, усиливают способность капсида "ощущать" среду и находить путь к ядру:

• Разные части капсида колеблются с разной частотой. Эти колебания, вероятно, передают информацию из одной части капсида в другую.
• Ионы втекают в поры капсида и вытекают из них. Отрицательные ионы накапливаются на положительно заряженной внутренней поверхности, а положительные — на отрицательно заряженной внешней.
• Положительно заряженный интерьер может способствовать притоку строительных блоков ДНК (нуклеотидов), необходимых вирусу для преобразования своей РНК в ДНК. Эти отрицательно заряженные нуклеотиды достаточно малы, чтобы проходить через поры капсида.
• Напряжение распространяется по капсиду определёнными паттернами, выстраиваясь в областях, которые, как показали эксперименты, наиболее подвержены разрыву.

Эти данные раскрывают потенциальные уязвимости, которые можно использовать для разработки новых препаратов против ВИЧ, нацеленных на его капсид. Например, нарушение электростатического баланса может заставить капсид разрушиться преждевременно.