Ricercatori dell'Università del Delaware, utilizzando risorse di supercalcolo e collaborando con scienziati dell'Università dell'Indiana, hanno acquisito una nuova comprensione del virus che causa l'epatite B e della "palla appuntita" che racchiude il progetto genetico del virus.

La ricerca, che è stato pubblicato online, prima della stampa, dalla rivista dell'American Chemical Association ACS Biologia Chimica , fornisce approfondimenti su come il capside, un guscio proteico che protegge il progetto e ne guida anche la consegna per infettare una cellula ospite, si assembla.

Le simulazioni al computer eseguite dagli scienziati dell'UD hanno studiato gli effetti di una mutazione che compromette il processo di assemblaggio. Insieme ai collaboratori, i ricercatori hanno rivelato che la regione della proteina che contiene la mutazione, la punta, può comunicare con la regione della proteina che si collega con altre subunità per assemblare il capside. Hanno trovato prove che un cambiamento nella forma della proteina del capside la fa passare in uno stato "on" per l'assemblaggio.

Gli scienziati ritengono che il capside sia un obiettivo importante nello sviluppo di farmaci per il trattamento dell'epatite B, un'infezione pericolosa per la vita e incurabile che affligge più di 250 milioni di persone in tutto il mondo.

"Il capside sembra una palla appuntita, con 120 dimeri proteici che si assemblano per formarlo; ogni dimero contiene un picco, " ha detto Jodi A. Hadden-Perilla, assistente professore presso il Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'UD e coautore del nuovo articolo. "Il capside è la chiave del ciclo di infezione del virus. Se potessimo interrompere il processo di assemblaggio, il virus non sarebbe in grado di produrre copie infettive di se stesso".

I ricercatori dell'Università dell'Indiana stavano studiando i dimeri, che sono in due parti, Strutture molecolari a forma di T, e indagando se una mutazione potrebbe attivare o disattivare un interruttore per attivare il meccanismo di assemblaggio del capside. Hanno lavorato con il gruppo di Hadden-Perilla, che ha eseguito simulazioni al computer per spiegare come i cambiamenti nella struttura proteica indotti dalla mutazione abbiano influito sulla capacità di assemblaggio del capside.

"Ciò che abbiamo appreso è che questa mutazione interrompe la struttura del picco nella parte superiore del dimero, " disse Hadden-Perilla. "Questa mutazione rallenta l'assemblaggio, che in realtà coinvolge una regione della proteina che è lontana dal picco. È chiaro che queste due regioni sono collegate. Un cambiamento nella forma della proteina, in particolare alla punta, può effettivamente attivare o disattivare l'assemblaggio."

Il suo team ha svolto il proprio lavoro utilizzando il supercomputer Blue Waters supportato dalla National Science Foundation presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, il più grande supercomputer di qualsiasi campus universitario al mondo, per eseguire le cosiddette simulazioni di dinamica molecolare di tutti gli atomi.

Le simulazioni di dinamica molecolare consentono ai ricercatori di studiare il modo in cui le molecole si muovono per apprendere come svolgono le loro funzioni in natura. Le simulazioni al computer sono l'unico metodo in grado di rivelare il movimento dei sistemi molecolari fino al livello atomico e sono talvolta chiamate "microscopio computazionale".

La carta, intitolato "L'integrità dell'interfaccia intradimerica del dimero proteico del capside del virus dell'epatite B regola l'autoassemblaggio del capside, " visionabile sul sito della rivista.

Dalla Colombia all'UD

Per la dottoranda Carolina Pérez Segura, un coautore del documento, lavorare con i dati delle simulazioni del supercomputer è stato il tipo di esperienza di ricerca che prima l'ha portata all'Università del Delaware e poi l'ha ispirata a rimanere.

Ha esaminato numerose simulazioni e grandi quantità di dati per studiare l'effetto della mutazione e "ha fatto alcune importanti scoperte, "Ha detto Hadden-Perilla. "L'abbiamo gettata nel profondo nel mio nuovissimo gruppo di ricerca [l'estate scorsa], e ha fatto un ottimo lavoro".

Pérez Segura è venuto a UD come partecipante al programma di ricerca estivo latinoamericano dell'università. Laureato all'Universidad Nacional de Colombia (Università Nazionale della Colombia), il programma ha segnato la sua prima partenza dalla Colombia e, infatti, la sua prima volta che viaggia in aereo. Aveva in programma di condurre una ricerca sotto la guida di Hadden-Perilla per un paio di mesi e poi tornare a casa.

Ma, lei disse, l'esperienza è stata così significativa per lei che ha cancellato il suo biglietto aereo per tornare a casa ed è rimasta a lavorare come visiting scholar con Hadden-Perilla mentre si iscriveva al programma di dottorato in chimica di UD. Fu accettata e iniziò i suoi studi durante il semestre primaverile.

È stata la sua passione per la chimica computazionale che l'ha portata nel Delaware, lei disse, e il lavoro con i supercomputer che le ha fatto decidere di continuare quella ricerca.

"Mentre ero uno studente universitario, Ho scelto quella branca della chimica come il tipo di carriera che volevo, " disse Perez Segura, che ha collaborato con un gruppo di ricerca nel settore, su scala ridotta, in Colombia. "Quando mi è stata presentata l'idea che la matematica e la fisica possono aiutarti a capire i processi biologici, Sapevo che era quello che volevo fare.

"Ho pensato che fosse davvero incredibile essere in grado di spiegare i processi biologici con numeri e computer. Volevo saperne di più, e qui, ci sono molte più opportunità per impararlo."

Sebbene le restrizioni sociali e di viaggio imposte dalla pandemia di coronavirus (COVID-19) abbiano limitato la sua capacità di vivere appieno la vita e la cultura americana, ha detto che la sua esperienza in UD rimane molto positiva. È ansiosa di poter uscire di più, praticare il suo inglese e sentirsi parte della cultura americana, ma intanto, è impegnata in una ricerca entusiasmante, lei disse.

Attualmente sta anche lavorando alla ricerca che Hadden-Perilla sta conducendo sul virus che causa il COVID-19.

"È insolito per uno studente essere accettato nel nostro corso di laurea fuori ciclo, ' a partire dal semestre primaverile, "Ha detto Hadden-Perilla. "Ma Carolina è eccezionale."