Wie ein Supercomputer kann schließlich einen Weg, um HIV zu schlagen freigeschaltet hast

Es gibt keine einfache Antwort auf HIV; Das schlaue Virus nutzt unsere eigenen Immunzellen zur Geltung und mutiert, leicht um Runde nach Runde antiretrovirale abschütteln. Aber dank die Bemühungen-Forscher von der University of Illinois und einige schwere Zahlenverarbeitung aus einer der schnellsten Petaflop-Supercomputer der Welt, können wir möglicherweise HIV recht abrupt stoppen.

Die neueste Linie des Angriffs gegen HIV zielt auf die virale Gehäuse (oder Kapsid). Capsids liegen zwischen den Virus sphärische Deckhaar,.1 Mikron Durchmesser, Lipid-basierte Schicht der Virushülle, sowie eine Kugel-geformte innere Mantel bekannt als virale Kern, der die Stränge der HIV-RNA enthält bekannt. Capsids bestehen aus 2.000 Kopien das virale Protein p24, angeordnet in einer Gitterstruktur (einen groben Einblick nur jahrelange Kryo-Elektronenmikroskopie, magnetischen Kernresonanz-Spektroskopie, Cryo-EM Computertomographie und Röntgen-Kristallographie Arbeit entnommen). Das Kapsid ist verantwortlich für die RNA-Belastung zu schützen, Immunsystem des Wirts zu deaktivieren und die RNA in neue Zellen zu liefern. Mit anderen Worten: Es ist das Böse Mastermind.

Die Gitterstruktur Protein ermöglicht das Kapsid zum Öffnen und schließen wie eine Kugel Hoberman.

Als Dr. Peijun Zhang erklärt Projektleiter und Associate Professor für Strukturbiologie an der University of Pittsburgh School of Medicine an der BBC:

Das Kapsid ist von entscheidender Bedeutung für die HIV-Replikation, damit seine Struktur im Detail wissen uns zu neuen Medikamenten führen könnte, die die Infektion vorzubeugen oder zu behandeln kann. Das Kapsid hat zum Schutz des HIV-Genoms und bekommen es in der menschlichen Zelle intakt bleiben, aber einmal drinnen, es hat, auseinander kommen, um seinen Inhalt zu veröffentlichen, so dass das Virus repliziert werden kann. Entwicklung von Medikamenten, die Kapsid Funktionsstörungen durch die Verhinderung der Montage bzw. Demontage könnte das Virus von der Reproduktion zu stoppen.

Aber bis vor kurzem die genaue Struktur – wie Tausende von Kopien von p24 tatsächlich vernetzt zusammen – ein Geheimnis geblieben. Das Kapsid (relativ) große Größe, nicht-symmetrische Form, Proteinstruktur ratlos hat Forscher versuche, effektiv zu modellieren. Früheren Untersuchungen hatten ergeben, dass die p24 sich entweder ein Fünfeck arrangiert oder Sechseck-Form als Teil des Kapsid Struktur, wie viele und wie die Teile zusammen passen, der blieb aber erreichen, weil Wissenschaft nicht einfach die rechnerische Fähigkeiten, dieses unglaublich komplexe subatomare Struktur atomarer Ebene detailliert zu modellieren.

Dieses Problem muss einen Supercomputer der Petaflop-Ebene zu lösen, eine Klasse Maschine, die erst seit kurzem verfügbar geworden ist. Das Team wandte sich an National Center for Supercomputing Applications an der University of Illinois in Urbana-Champaign und seine Bewohner Supercomputer, blauen Wasser.

Das Team gefüttert Elektronenmikroskopie-Daten, die im Laborexperimente an der University of Pittsburgh und Vanderbilt University im blauen Wasser und lassen Sie die $ 108 Millionen, 11,5 Petaflop-Rechner nicht sein Ding: Crunch riesige Mengen an Informationen mit seinen 49.000 AMD CPUs. Blaues Wasser verträgt 1 Billiarde Fließkomma-Operationen pro Sekunde, so zusammenfügen 1.300 Proteine in eine längliche molekulare Fußball kein Schweiß war.

Das Team entwickelte einen neuartige Gestaltung Algorithmus für das Projekt, genannt Molekulare Dynamik flexible Montage. "Im Grunde zu simulieren, die physikalischen Eigenschaften und das Verhalten der großen biologischen Moleküle, aber Sie auch die Daten in die Simulation einbinden, so dass das Modell tatsächlich sich nach Vereinbarung mit den Daten fährt", sagte Professor Klaus Schulten von der University of Illinois in einer Pressemitteilung.

"Das ist eine große Struktur, eines der größten Bauwerke jemals gelöst," weiter Schulten. "Es war ganz klar, dass es eine riesige Menge an Simulation erfordern würde – die größte Simulation jemals veröffentlicht – mit 64 Millionen Atome."

Das Team zeigte gestern die komplette Kapsid-Struktur in einem Natur-Bericht:

Das Reife humanen Immundefizienz-Virus-1 (HIV-1) Kapsid ist am besten beschrieben, von einem "Fulleren-Kegel"-Modell, in welche Hexamers das Kapsid Protein sind verknüpft, um eine sechseckige Oberfläche Gitter bilden, das durch den Einbau von 12 Kapsid-Protein Pentamers geschlossen ist.

Alles in allem erfordert das HIV-Kapsid 216 Protein Sechsecken und 12 Fünfecken von Protein zu bedienen — angeordnet, genau wie der Vorhersagemodelle sagte, sie wäre. Die neue Entdeckung zeigt ein erstaunlich vielseitiges Protein p24. Das Protein selbst ist identisch, ob es in ein Fünfeck oder ein Sechseck geprägt ist, nur die Anlage Websites zwischen p24 Proteinen variiert zwischen Formen. Wie funktioniert , bleibt ein Rätsel.

"Wie kann ein einziges Protein Form etwas so vielfältig wie das Ding-Typ? Das Protein besitzt von Natur aus flexibel sein", sagte Schulten.

Neue Fragen beiseite, veranschaulicht diesen Durchbruch, genau wie die Kapsid funktioniert und wie am besten Wissenschaftler diese Funktion zu stören das Virus Fähigkeit zu replizieren angreifen. Durch die Ausnutzung der Kapsid Struktur, könnten Forscher theoretisch eine molekulare Vorhängeschloss liefern, das die virale Kern von Öffnung und Ausbreitung des Virus verhindert. Diese Entdeckung könnte dazu führen, eine völlig neue Reihe von Behandlungsalternativen und schließlich HIV Fähigkeit, rasch entwickeln Resistenz gegen aktuelle Enzym-basierte Medikamente übertreffen könnte.

"Das große Problem mit HIV ist, dass es entwickelt sich so schnell, dass jede Droge, die Sie verwenden, dass Sie Resistenzen erhalten, weshalb wir eine Multi-Medikamentencocktail verwenden", sagte Professor Simon Lovell, strukturelle Biologe an der University of Manchester. "Dies ist ein weiteres Ziel, eine andere Sache können wir gehen nach einer neuen Klasse von Medikamenten, neben der vorhandenen Klasse arbeiten zu entwickeln."

Es ist nur eine Frage der Zeit bis HIV den Weg der Kinderlähmung geht. Und es ist dank einem nicht geringen Teil auf ein Tier eines Computers. [BBC - CNet - Natur - Universität von Illinois - National Science Foundation - NIH - Top Bild: CDC (Public Domain) - Trio und Duo Bilder: theoretische und computergestützte Biophysik-Gruppe (www.ks.uiuc.edu), Beckman Institute for Advanced Science and Technology, UIUC - blaue Wasser: Kosheahan / Flickr - Rohre: UIUC - Illustration: NIAID]