Учёные создали первую вычислительную модель всего вируса, вызывающего COVID-19

Исследователи из Чикагского университета создали первую рабочую вычислительную модель всего вируса SARS-CoV-2, вызывающего COVID-19. Модель станет общедоступной для ускорения исследований во время пандемии.

"Если вы понимаете, как работает вирус, это первый шаг к тому, чтобы его остановить", — сказал профессор Грегори Вос, чья команда опубликовала модель в Biophysical Journal. "Каждая известная деталь жизненного цикла и состава вируса — это точка уязвимости, по которой можно ударить".

Команда использовала свой предыдущий опыт, чтобы выделить наиболее важные характеристики каждого компонента вируса и отбросить "менее важную" информацию. Это позволило создать комплексную, но вычислительно осуществимую модель. Такой подход называется грубогранулированным моделированием (coarse-graining).

Упрощённая модель решает ключевую проблему: даже простой вирус представляет огромную вычислительную сложность для моделирования на атомном уровне, особенно при взаимодействии с организмом хозяина (миллиарды атомов).

"Вы можете попытаться запустить атомарную модель всего вируса, но вычислительно это вас немедленно остановит", — пояснил Вос. "Вы сможете смоделировать, скажем, несколько сотен наносекунд движения, но этого недостаточно для получения наиболее полезной информации".

Многие исследователи фокусируются на моделировании отдельных белков вируса. Однако, по словам Воса, такой сегментированный подход упускает общую картину.

"Сам вирус — это целостная вещь", — сказал Вос, вычислительный учёный и профессор химии. "По моему мнению, нельзя предполагать, что можно рассматривать отдельные части изолированно. Вирусы — это больше, чем просто сумма их частей".

Лаборатория Воса годами моделировала другие вирусы, например, ВИЧ. Один из полученных уроков — различные части вируса работают согласованно.

Например, при разработке лекарства, связывающегося со спайковыми белками на поверхности вируса, важно знать: "Нужно ли воздействовать на каждый спайковый белок, чтобы это сработало? Если нет, то какого минимального процента достаточно?" — сказал Вос. "Это ключевой вопрос при создании лекарств или антител, и его лучше всего понять, рассматривая весь вирус целиком".

Модель также представляет собой фреймворк, в который учёные могут интегрировать новую информацию о SARS-CoV-2 по мере её появления.

Вос надеется, что модель будет полезна для разработки лекарств от коронавируса и понимания возникающих мутаций (например, недавно обнаруженной в Великобритании). Любой исследователь может скачать модель и использовать её в своей работе.

"Создание многоуровневой модели всего вируса и быстрая интеграция всей этой информации — большой технологический шаг вперёд", — сказал Вос. "Я действительно горжусь своей лабораторией. Мы сделали это в рекордные сроки — всего за несколько месяцев. Если в этой пандемии есть какой-то позитив, я надеюсь, что он продвинет наши инструменты для борьбы с вирусами за пределами COVID-19 — такими как грипп, ВИЧ и любыми новыми коронавирусами, которые могут возникнуть в будущем".