超级计算机分析揭示英国/南非新冠变种为何更具传染性、致命性？

据外媒报道，科学家借助得州高级计算中心(TACC) 的Frontera超级计算机辅助建立了COVID-19变种的感染模型。所有的病毒都会在自我复制的过程中发生变异，以达到传播和发展的目的。导致COVID-19的病毒SARS-CoV-2被证明也不例外。目前，COVID-19有4000多个变种，在大流行期间已经造成全球270多万人死亡。

英国的变种也被称为B.1.1.7，于2020年9月首次被检测到，目前造成英国98%的COVID-19病例。而在过去的几个月里，它似乎在它所传播到的其他大约100个国家中得到了稳固的控制，包括法国、丹麦和美国。

世界卫生组织表示，B.1.1.7是与南非和巴西出现的其他变种一起引起关注的几种变种之一。

“英国、南非和巴西的变种比原来的病毒更具传染性，更容易逃脱免疫力，"美国天主教大学的研究科学家Victor Padilla-Sanchez说。"我们需要了解为什么它们的传染性更强，而且在许多情况下，更加致命。”

所有三个变种都对它们的刺突糖蛋白进行了改变--这是病毒附着在人体细胞上的部分。因此，它们更善于感染细胞和传播。

在2021年1月发表在《Research Ideas and Outcomes》上的一篇研究论文中，Padilla-Sanchez详细讨论了英国和南非的变种。他介绍了对与ACE2受体结合的刺突糖蛋白结构的计算分析，其中引入了变异。他的论文概述了这些变体与人体细胞结合更好的原因。

“我一直在分析最近公布的SARS-CoV-2刺突糖蛋白与ACE2受体结合的结构，并发现为什么新的变体更容易传播，”他说。“这些发现是使用加州大学旧金山分校的Chimera软件和使用得州高级计算中心的Frontera超级计算机进行分子动力学模拟获得的。”

Padilla-Sanchez发现，英国新冠变种在刺突糖蛋白上有许多突变，但最重要的是与ACE2受体相互作用的受体结合域的一个突变N501Y。

“这种N501Y突变提供了更高的结合效率，从而使病毒更具传染性。这种变体正在取代之前在英国的病毒，并在世界许多其他地方传播，”他说。

南非变种出现在2020年 10 月，并在刺突糖蛋白上有更重要的变化，使它比英国变种更危险。它涉及一个关键的突变--称为E484K--帮助病毒逃避抗体和免疫系统的一部分，可以根据以前感染或疫苗的经验对抗新冠病毒。由于该变体逃避了免疫力，身体将无法对抗病毒。“我们开始在美国这里看到南非的变异体，”他说。

Padilla-Sanchez进行了结构分析，研究了病毒的晶体结构；以及分子动力学来获得这些发现。“在进行这项研究时，主要的计算挑战是找到一台足够强大的计算机来完成分子动力学任务，这将产生非常大的文件，并且需要大量的内存。如果没有Frontera超级计算机，这项研究是不可能完成的。”Padilla-Sanchez说。

根据Padilla-Sanchez的说法，目前的疫苗不一定能治疗变异体。“变异体将需要自己的特定疫苗。我们将需要尽可能多的疫苗来治疗出现的变异体。”

展望未来，Padilla-Sanchez将继续研究SARS-CoV-2发生的变化。“这是一个非常快的项目--计算研究持续了一个月，”他说。“有很多其他实验室在做湿实验室实验，但计算研究并不多。这就是我现在决定做这项重要的工作的原因。”