Naučnici prave značajne korake ka razumevanju i predviđanju budućih pretnji koje predstavlja evolucija virusa COVID-19, zahvaljujući moćnim tehnikama simulacije i mašinskog učenja.
Studiju je vodio tim istraživača iz Hartree centra Saveta za nauku i tehnologiju (STFC) i IBM-a u Nacionalnom centru za digitalne inovacije Hartree (HNCDI).
Ona daje dragocene rane uvide u to kako se virusni proteini ponašaju na molekularnom nivou i fizičke faktore odgovorne za evoluciju virusa.
Svi virusi, uključujući SARS-CoV-2, koji je bio odgovoran za pandemiju COVID-19, prirodno prolaze kroz genetske mutacije tokom svog životnog ciklusa.
Dok većina ovih mutacija ima minimalan uticaj na virus, neke mogu značajno promeniti njegove karakteristike, utičući na njegov prenos i težinu bolesti.
Štaviše, mutacije takođe mogu uticati na to koliko dobro funkcionišu naše vakcine i testovi, a ako daju prednost virusu, mogu dovesti do dominantnih varijanti sa povećanim globalnim zdravstvenim rizicima.
Već je postignut značajan napredak u uspostavljanju sistema za otkrivanje ranih znakova ‘varijanti zabrinutosti’ i za brzu procenu njihovog uticaja na javno zdravlje.
Međutim, podjednako važno je sticanje dubljeg razumevanja ovih mutacija na molekularnom nivou i kako one daju virusu evolucionu prednost.
Ovi napori, u kombinaciji sa drugim alatima, imaju snažan potencijal za predviđanje i pripremu za buduće, još neviđene mutacije i varijante.
Koristeći moćne superkompjutere u HNCDI, tim je koristio molekularne simulacije velikih razmera da bi istražio konfiguraciju virusnog proteina SARS-CoV-2 (odgovornog za izazivanje virusnih infekcija) i kako on reaguje sa svojom metom na ljudskim ćelijama.
Studija je istakla kako genetske promene u varijantama omikrona dovode do strukturnih razlika na molekularnom nivou u proteinu šiljaka, u poređenju sa originalnim sojem Vuhan, pa čak i unutar dve različite podvarijante omikrona.
Takođe su ispitivali glikane, molekule povezane sa našim ćelijama koji mogu uticati na to kako virus interaguje sa našim ćelijama. Njihovi nalazi su otkrili da mutacije mogu pokrenuti glikane da igraju ulogu u procesu vezivanja i mogu učiniti da se virus efikasnije vezuje za ljudske ćelije, potencijalno objašnjavajući njegovo brzo širenje.
Smešten u STFC-ovoj laboratoriji Daresberi, u Sci-Tech Daresburiju u gradskoj oblasti Liverpula, Hartree centar je dom nekih od najnaprednijih stručnjaka i tehnologija za superračunanje u Velikoj Britaniji.
David Brai, vođa tima za hemiju i materijale u STFC Hartree Centru, rekao je: „COVID-19 se pokazao kao jedan od najzaraznijih virusa modernog vremena. Utvrđivanje kako se virus vezuje za ljudske receptore ključno je za razumevanje njegove visoke stope infekcije i vodi nas korak napred ka tome da budemo u mogućnosti da se borimo protiv njega i budućih virusa. Rad sa IBM istraživačima nam je omogućio da razvijemo novi uvid u evolucione pokretače ove ključne virusne strukture.“
Ia-Ven Hsiao, računarski naučnik iz Hartree Centra, rekao je: „Razvijajući naše znanje o tome kako funkcioniše molekularni mehanizam, možemo doprineti razumevanju infekcije virusom COVID-19 i pomoći u dizajnu vakcina ili lekova. Radujem se nastavak istraživačke saradnje kako bi se stekla potpuna slika o virusu SARS-CoV-2 i njegovoj interakciji sa ljudskim ćelijama.
Profesor Džejson Krejn iz IBM Research Europe i Univerziteta u Oksfordu je rekao: „Pretnja COVID-19 je veoma jasno i brzo pokazala posledice evolucije virusa. Međutim, molekularni mehanizmi koji donose prednosti virusu i biraju za evolucione puteve su bili nedovoljno istraženo. Ova saradnja između IBM-a i STFC-a je obećavajući korak u tom pravcu koji nam može omogućiti da bolje predvidimo i pripremimo se za buduće varijante.“
Ovi nalazi se zasnivaju na ranijem zajedničkom radu ovog tima sa Univerzitetom u Oksfordu i Dijamantskim izvorom svetlosti kako bi se koristile napredne tehnike veštačke inteligencije za otkrivanje novih molekularnih dizajna za inhibiciju funkcije virusnih proteina COVID-19.
