Onderzoekers van de Universiteit van Californië, San Diego, hebben de Stampede2-supercomputer van het Texas Advanced Computing Center (TACC) gebruikt om gedetailleerde simulaties uit te voeren van het nucleocapside-eiwit van het Ebola-virus, wat inzichten heeft opgeleverd die kunnen helpen bij het ontwerpen van nieuwe medicijnen.

De resultaten van de studie, gepubliceerd in het tijdschrift Structure, laten zien hoe dit specifieke eiwit van vorm verandert naarmate het virus een cel infecteert en mogelijke doelwitten voor potentiële therapieën identificeren.

“Het nucleocapside-eiwit van het Ebola-virus speelt een belangrijke rol in het virusreplicatieproces”, zegt onderzoeksleider Rumela Chakrabarti, bio-ingenieur en universitair hoofddocent aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering en Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. “Dit eiwit kapselt het genetisch materiaal van het virus in. Het is als noppenfolie voor het virus-RNA, dat het beschermt tegen schade en tegen de immuunreactie van de cel. Hoe meer we begrijpen over de structuur van dit eiwit en hoe het functioneert, hoe groter de kans dat we nieuwe manieren vinden om het virus te behandelen.”

Chakrabarti en haar team kozen ervoor om het Ebola-nucleocapside-eiwit te onderzoeken met behulp van gespecialiseerde simulaties die 'enhanced sampling' moleculaire dynamica worden genoemd. Deze computationele benadering stelt wetenschappers in staat de bewegingen van individuele atomen in het eiwit te simuleren, waardoor wordt onthuld hoe het eiwit in de loop van de tijd verandert en zwakke punten in de eiwitstructuur worden blootgelegd.

Het team voerde deze uitgebreide computersimulaties uit op Stampede2. De onderzoekers zeggen dat ze de kracht en schaalbaarheid van Stampede2 nodig hadden om duizenden simulaties uit te voeren, die elk enkele dagen in beslag namen.

“Met het Stampede2-systeem konden we grote conformationele veranderingen van de eiwitstructuur simuleren, wat inzicht geeft in hoe het zich zou kunnen gedragen in een geïnfecteerde cel”, zegt Chakrabarti.

De simulaties onthulden verschillende mogelijke doelwitten voor potentiële nieuwe therapieën, waaronder de flexibele delen van het eiwit die het meest veranderen tijdens infectie. Deze gebieden kunnen het doelwit zijn van kleine moleculen of antilichamen, waardoor ze hun functie niet kunnen uitoefenen en uiteindelijk de gastheercel tegen infectie kunnen worden beschermd.

“Onze volgende stappen zullen zijn het ontwerpen van specifieke medicijnen of medicijnachtige moleculen die zich aan deze holtes kunnen binden om de virale replicatie en infectiviteit te verminderen”, zegt Chakrabarti.

Dit onderzoek werd gedeeltelijk ondersteund door de National Institutes of Health en het ministerie van Defensie. Er werden berekeningen uitgevoerd op het Stampede2-systeem bij de TACC.