Оригинальный препринт рукописи исследователей, опубликованный в Интернете в марте, был одним из первых, кто исследовал с помощью компьютерных методов высокое сродство или склонность SARS-CoV-2 к связыванию с человеческим ACE2. Статья была опубликована онлайн в сентябре.
18 место в Журнале вычислительной и структурной биотехнологии. Работа была задумана и проведена Костасом Маранасом, Дональдом Б. Бротон, профессор кафедры химического машиностроения, и его бывший аспирант Ратул Чоудхури, который в настоящее время является докторантом Гарвардской медицинской школы.
«Нам было интересно ответить на два важных вопроса», – сказала Веда Ширш Бурла, докторант кафедры химического машиностроения и соавтор статьи. «Сначала мы хотели выявить ключевые структурные изменения, которые придают COVID-19 более высокое сродство к человеческим белкам ACE2 по сравнению с SARS, а затем оценить его потенциальное сродство к домашнему скоту или другим животным белкам ACE2."
Исследователи компьютерно смоделировали прикрепление белкового шипа SARS-CoV-2 к ACE2, который расположен в верхних дыхательных путях и служит точкой входа для других коронавирусов, включая SARS. Команда использовала подход молекулярного моделирования для вычисления силы связывания и взаимодействий прикрепления вирусного белка к ACE2.
Команда обнаружила, что спайковый белок SARS-CoV-2 оптимизирован для связывания с человеческим ACE2. Моделирование прикрепления вируса к гомологичным белкам ACE2 летучих мышей, крупного рогатого скота, кур, лошадей, кошачьих и собак показало самое высокое сродство к летучим мышам и человеческому ACE2, с более низкими значениями сродства к кошкам, лошадям, собакам, крупному рогатому скоту и цыплятам, согласно Чоудхури.
«Помимо объяснения молекулярного механизма связывания с ACE2, мы также изучили изменения в шипе вируса, которые могут изменить его сродство с человеческим ACE2», – сказал Чоудхури, получивший докторскую степень в области химической инженерии в Университете штата Пенсильвания осенью 2019 года.
Понимание связывающего поведения вирусного спайка с ACE2 и устойчивости вируса к этим структурным спайковым изменениям может дать информацию для будущих исследований долговечности вакцины и возможности распространения вируса среди других видов.
«Вычислительный процесс, который мы создали, должен быть в состоянии обрабатывать другие механизмы входа, опосредованные связыванием рецепторов, для других вирусов, которые могут возникнуть в будущем», – сказал Чоудхури.
Эту работу поддержали Министерство сельского хозяйства, Министерство энергетики и Национальный научный фонд.