Onderzoekers van de Universiteit van Delaware, met behulp van supercomputerbronnen en samenwerking met wetenschappers van de Indiana University, hebben nieuw inzicht gekregen in het virus dat hepatitis B veroorzaakt en de "stekelige bal" die de genetische blauwdruk van het virus omsluit.

Het onderzoek, die online is gepubliceerd, voor afdrukken, door het tijdschrift American Chemical Association ACS Chemische Biologie , geeft inzicht in hoe de capside - een eiwitomhulsel dat de blauwdruk beschermt en ook de afgifte ervan aanstuurt om een ​​gastheercel te infecteren - zichzelf assembleert.

Computersimulaties uitgevoerd door de UD-wetenschappers onderzochten de effecten van een mutatie die het assemblageproces schaadt. Samen met medewerkers, onthulden de onderzoekers dat het gebied van het eiwit dat de mutatie bevat, de spijker, kan communiceren met het gebied van het eiwit dat verbinding maakt met andere subeenheden om het capside te assembleren. Ze vonden bewijs dat een verandering in de vorm van het capside-eiwit het in een "aan" -status schakelt voor assemblage.

Wetenschappers zijn van mening dat de capside een belangrijk doelwit is bij de ontwikkeling van geneesmiddelen voor de behandeling van hepatitis B, een levensbedreigende en ongeneeslijke infectie die wereldwijd meer dan 250 miljoen mensen treft.

"De capside ziet eruit als een stekelige bal, met 120 eiwitdimeren die samenkomen om het te vormen; elke dimeer bevat een piek, " zei Jodi A. Hadden-Perilla, assistent-professor bij de afdeling Scheikunde en Biochemie van de UD en co-auteur van het nieuwe artikel. "De capside is de sleutel tot de virusinfectiecyclus. Als we het assemblageproces zouden kunnen verstoren, het virus zou geen besmettelijke kopieën van zichzelf kunnen maken."

De onderzoekers van de Indiana University hadden de dimeren bestudeerd, die uit twee delen bestaan, T-vormige moleculaire structuren, en onderzoeken of een mutatie een schakelaar zou kunnen activeren of deactiveren om het assemblagemechanisme van de capside in te schakelen. Ze werkten samen met de groep van Hadden-Perilla, die computersimulaties uitvoerde om uit te leggen hoe veranderingen in de eiwitstructuur veroorzaakt door de mutatie het vermogen van de capside om te assembleren beïnvloedden.

"Wat we hebben geleerd is dat deze mutatie de structuur van de piek aan de bovenkant van het dimeer verstoort, "Zei Hadden-Perilla. "Deze mutatie vertraagt ​​de assemblage, waarbij in feite een gebied van het eiwit betrokken is dat ver weg is van de piek. Het is duidelijk dat deze twee regio's met elkaar verbonden zijn. Een verandering in de vorm van het eiwit, vooral bij de piek, kan de assembly daadwerkelijk activeren of deactiveren."

Haar team deed zijn werk met behulp van de door de National Science Foundation ondersteunde Blue Waters-supercomputer aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, de grootste supercomputer op een universiteitscampus ter wereld, om zogenaamde all-atom moleculaire dynamica-simulaties uit te voeren.

Moleculaire dynamische simulaties stellen onderzoekers in staat om de manier waarop moleculen bewegen te bestuderen om te leren hoe ze hun functies in de natuur uitoefenen. Computersimulaties zijn de enige methode die de beweging van moleculaire systemen tot op atomair niveau kan onthullen en worden soms de 'computationele microscoop' genoemd.

De krant, getiteld "De integriteit van de intradimer-interface van het Hepatitis B Virus capside-eiwitdimeer reguleert de zelfassemblage van capside, " kan worden bekeken op de website van het tijdschrift.

Van Colombia naar UD

Voor promovendus Carolina Pérez Segura, een co-auteur van het artikel, het werken met gegevens van de supercomputersimulaties was het soort onderzoekservaring dat haar eerst naar de Universiteit van Delaware bracht en haar daarna inspireerde om te blijven.

Ze onderzocht talloze simulaties en enorme hoeveelheden gegevens om het effect van de mutatie te onderzoeken en "deed enkele belangrijke ontdekkingen, "Zei Hadden-Perilla. "We hebben haar in het diepe gegooid in mijn gloednieuwe onderzoeksgroep [afgelopen zomer], en ze deed het geweldig."

Pérez Segura kwam naar UD als deelnemer aan het Latijns-Amerikaanse zomeronderzoeksprogramma van de universiteit. Afgestudeerd aan de Universidad Nacional de Colombia (Nationale Universiteit van Colombia), het programma markeerde haar eerste keer dat ze Colombia verliet en, inderdaad, haar eerste keer dat ze met het vliegtuig reisde. Ze was van plan om een ​​paar maanden onderzoek te doen onder het mentorschap van Hadden-Perilla en dan naar huis terug te keren.

Maar, ze zei, de ervaring was zo betekenisvol voor haar dat ze haar vliegticket naar huis annuleerde en bleef werken als gastonderzoeker bij Hadden-Perilla terwijl ze zich aanmeldde voor UD's doctoraatsprogramma in de chemie. Ze werd aangenomen en begon haar studie tijdens het voorjaarssemester.

Het was haar fascinatie voor computationele chemie die haar naar Delaware bracht, ze zei, en het werk met supercomputers dat haar deed besluiten dat onderzoek voort te zetten.

"Toen ik nog student was, Ik koos die tak van chemie als het soort carrière dat ik wilde, " zei Pérez Segura, die met een onderzoeksgroep in het veld werkte, op kleinere schaal, in Colombia. "Toen ik kennismaakte met het idee dat wiskunde en natuurkunde je kunnen helpen biologische processen te begrijpen, Ik wist dat dat was wat ik wilde doen.

"Ik vond het echt geweldig om biologische processen te kunnen verklaren met cijfers en computers. Ik wilde meer leren, en hier, er is zoveel meer gelegenheid om het te leren."

Hoewel de sociale en reisbeperkingen die zijn opgelegd door de pandemie van het coronavirus (COVID-19), haar vermogen om het Amerikaanse leven en de Amerikaanse cultuur volledig te ervaren, hebben beperkt, ze zei dat haar ervaring bij UD zeer positief blijft. Ze wil graag meer naar buiten, haar Engels oefenen en deel uitmaken van de Amerikaanse cultuur, maar ondertussen, ze is bezig met spannend onderzoek, ze zei.

Ze werkt momenteel ook aan onderzoek dat Hadden-Perilla doet naar het virus dat COVID-19 veroorzaakt.

"Het is ongebruikelijk dat een student wordt toegelaten tot ons afstudeerprogramma 'off-cycle, ' beginnend in het voorjaarssemester, "Zei Hadden-Perilla. "Maar Carolina is uitzonderlijk."