扫描电子显微镜图像显示SARS-CoV-2(圆形蓝色物体)从实验室培养的细胞表面出现。图中显示的病毒是从美国一位病人身上分离出来的。这张照片是在蒙大拿州汉密尔顿市的美国国家过敏和传染病研究所的落基山实验室拍摄并上色的。
图片:美国国家过敏和传染病研究所
随着SARS-CoV-2继续进化，预计会出现新的变异，它们感染宿主和逃避宿主免疫系统的能力可能会增强。感染的第一个关键步骤是当病毒的刺突蛋白与人类细胞上的ACE2受体结合时。宾夕法尼亚州立大学的研究人员创建了一个新的框架，可以合理准确地预测病毒刺突蛋白中的氨基酸变化，这可能会提高病毒与人类细胞的结合，并增加病毒的传染性。
该工具可以实现对SARS-CoV-2的计算监测，并对具有更高结合亲和力潜力的潜精仿鞋在危险变异提供预警。这可以帮助早期实施公共卫生措施，以防止病毒的传播，甚至可能为疫苗增效剂配方提供信息。
“新出现的变异可能在人类和其他动物中具有高度传染性，”宾夕法尼亚州立大学动物诊断实验室副主任、兽医和生物医学临床教授苏雷什·库奇普迪(Suresh Kuchipudi)说。“因此，主动评估哪些氨基酸变化可能会增加病毒的传染性是至关重要的。我们的框架是一个强有力的工具，可以确定SARS-CoV-2刺突蛋白中氨基酸变化的影响，这些变化影响病毒与人类和多种动物物种中的ACE2受体结合的能力。”
该团队使用一本小说,两步计算过程来创建一个模型预测氨基酸的变化-分子连接在一起形成蛋白质可能发生在受体结合域(RBD) SARS-CoV-2飙升的蛋白质,其绑定到ACE2的能力可能会受到影响人类和其他动物细胞的受体。
根据Kuchipudi的说法，目前流行的变异包括一个或多个导致刺突蛋白RBD氨基酸变化的突变。
他说:“这些氨基酸的变化可能通过各种机制赋予身体健康的优势和增加的传染性。”“刺突蛋白RBD与人ACE2受体的结合亲和力增加就是这样一种机制。”
Kuchipudi解释说，与ACE2受体结合的刺突蛋白是病毒进入细胞的第一步，也是至关重要的一步。
“RBD和ACE2之间的结合强度直接影响感染动力学和潜在的疾病进展，”他说。“可靠地预测病毒RBD氨基酸变化与ACE2受体更强烈相互作用能力的影响的能力，金牛棋牌平台有助于评估公共卫生影响以及对人类和其他动物的溢出和适应的潜力。”
Costas D. Maranas是宾夕法尼亚州立大学化学工程系Donald B. Broughton教授，他领导了这个团队新的两步法程序的开发。首先，研究人员测试了一种称为分子力学-广义Born表面积(MM-GBSA)分析技术的预测能力，以量化RBD对ACE2的结合亲和力。MM-GBSA分析总结了与病毒RBD“粘附”于人类ACE2受体相关的多种类型的能量贡献。利用现有变体的数据，该团队发现，这种技术只能部分预测SARS-CoV-2的RBD对ACE2的结合亲和力。
因此，Maranas和该团队探索了将MM-GBSA分析中的能量项作为神经网络回归模型(一种深度学习算法)的特征，并使用单个氨基酸变化的变异结合的实验数据来训练该模型。他们发现，他们可以以超过80%的准确率预测某些氨基酸变化是否改善或恶化了所研究的数据集的结合亲和力。
Maranas说:“将MM-GBSA与神经网络模型方法相结合，在预测模型训练中未使用的氨基酸变化的影响方面似乎相当有效。”
该模型还可以预测Alpha、Beta、Gamma和Delta变体中已经观察到的各种SARS-CoV-2氨基酸的结合强度变化。这可能为预测尚未发现的变异的这种亲缘关系提供了计算方法。然而，尽管我们的计算工具可以发现氨基酸的变化，进一步提高结合亲和力，它们还没有在循环变异中被观察到。这可能意味着这种变化可能会干扰生产性病毒感染的其他需要。这提醒我们，与ACE2受体结合并不是全部。
南通金游棋牌中心这些发现发表在今天(9月29日)的《美国国家科学院院刊》上。
“我们的方法建立了一个框架，用于筛选由未知的单个和多个氨基酸变化导致的结合亲和力变化;因此，就ACE2的亲和力和更大的传染性而言，提供了一个有价值的工具来评估当前和未来的病毒变体。”
库奇普迪补充说:“由于病毒和潜在的新宿主之间接触增加，SARS-CoV-2可以切换宿主。这个工具可以帮助理解基因组监测产生的大量病毒序列数据。特别是，它可能有助于确定病毒是否可以适应并在农业动物中传播，从而提供有针对性的缓解措施。”
这篇论文的第一作者是博士后研究员陈晨和化学工程研究生维达·希尔什·博尔拉，他们都在宾夕法尼亚州立大学。其他作者包括宾夕法尼亚州立大学研究生研究助理迪普罗·班纳吉(Deepro Banerjee);拉图尔·乔杜里，哈佛大学博士后;宾夕法尼亚州立大学哈克生命科学研究所研究员维多利亚·s·卡维纳;Ruth H. Nissly，宾夕法尼亚州立大学兽医和生物医学科学研究技术专家;宾州州立大学兽医和生物医学研究生Abhinay Gontu;尼娜·r·博伊尔，宾夕法尼亚州立大学综合和生物医学生理学研究生;宾夕法尼亚州立大学生香烟涨价物学副教授Kurt Vandegrift;以及宾夕法尼亚州立大学兽医和生物医学科学助理临床教授Meera Surendran Nair。
美国农业部、美国能源部和宾夕法尼亚州立大学哈克生命科学研究所支持了这项研究。