Заглядывая под капот SARS-CoV-2

Информация из изображений электронного микроскопа и белковых баз данных была использована для создания детальной 3D-модели SARS-CoV-2, которую можно легко обновлять по мере поступления новых данных. Этот инструмент моделирования потенциально пригоден для визуализации компонентов других биологических организмов размером от 10 до 100 нанометров.

«Наша 3D-модель демонстрирует современное представление о структуре SARS-CoV-2 на атомарном уровне и раскрывает детали вируса, которые ранее было невозможно увидеть, например, как, по нашему мнению, нуклеокапсидные белки образуют внутри него верёвкообразную структуру», — говорит научный сотрудник KAUST Ондерж Стрнад. «Подход, который мы использовали для разработки модели, может направить биологические исследования в новые, перспективные направления для борьбы с распространением COVID-19, поскольку он может помочь учёным быстро включать вновь обнаруженную информацию в модель и, таким образом, предоставлять актуальную структуру вируса».

Система моделирования интуитивно понятна и проста в использовании. Она использует информацию о легко различимых структурах из небольшого количества изображений электронного микроскопа организма. Для SARS-CoV-2 это включало информацию о форме и размере мембраны вируса и о структурах белков, прикреплённых к ней.

Затем учёные могут включить в модель информацию о других белках внутри клетки из существующих баз данных. Это включало информацию об одиночной цепи РНК SARS-CoV-2 и защищающих её нуклеокапсидных белках. Наконец, создаётся набор правил, определяющих ориентацию и взаимодействие каждого из компонентов. «Система использует предоставленную информацию для предсказания общей формы клетки и генерации 3D-модели», — объясняет Стрнад.

Команда использовала свой подход для создания 3D-представления SARS-CoV-2. «Наша модель показывает полную ультраструктуру вируса, как мы её знаем на сегодняшний день, а не просто произвольно расположенные, неполные спайк-белки на липидной мембране», — объясняет аспирант по компьютерным наукам KAUST Нган Нгуен. «Другие доступные модели также не показывают внутреннюю часть вируса, так как её детали в настоящее время неизвестны. Институт Скриппса (Scripps Research Institute, США) предоставил нам наиболее вероятную, основанную на текущих данных, гипотезу о структуре внутренней части. Если эта гипотеза окажется неверной, мы можем легко обновить модель».

Команда надеется, что их модель SARS-CoV-2 поможет выявить аспекты вируса и его структуры, которые могут ускорить открытие лекарств для лечения COVID-19. Они также надеются, что учёные из разных областей биологии будут делиться информацией и обмениваться правилами, касающимися конформаций белков, чтобы использовать систему моделирования в своих исследованиях.

Требуются дальнейшие улучшения системы. Команда планирует создать удобный графический интерфейс, чтобы сделать её простой в использовании. Они также хотели бы сделать её применимой в среде виртуальной реальности.