运行一个完整的病毒模型在计算上是困难的，但芝加哥大学科学家创建的一个新框架允许研究人员运行一个有效的简化版本，以更好地理解SARS-COV-2的工作原理。资料来源:Yu等人，“SARS-CoV-2病毒粒子的多尺度粗粒度模型”，生物物理杂志(2021年)

Pio没有一个多尺度模型允许研究人员插入和更好地理解信息，因为有新的发现。

芝加哥大学的研究人员创建了导致covid -19的整个病毒的第一个可用的计算模型，他们正在广泛使用这个模型，以帮助在大流行期间推进研究。

“如果你能理解病毒的工作原理，那就是阻止它的第一步，”格雷戈里·沃斯教授(Gregory Voth)说。他的团队创建了这个模型，并发表在《生物物理杂志》(Biophysical Journal)上。“你对这种病毒的生命周期和构成所知的每一件事都是你可以攻击它的一个弱点。”

沃斯和他的团队利用他们以前的经验找到了病毒每个单独成分的最重要的特征，并删除了“不那么重要”的信息，从而建立了一个全面但仍可在计算机上运行的计算模型。这种技术被称为粗粒度，沃斯和他的学生帮助开创了这种技术。

简化的框架有助于解决健康研究中的一个关键问题:尽管病毒是一种更简单的生物实体，但计算建模仍然是一个主要的挑战——尤其是如果你想模拟病毒与宿主身体的任何相互作用，这意味着要代表数十亿个原子。

沃斯说:“你可以尝试运行一个实际的整个病毒的原子级模型，但在计算上，它会立即使你陷入困境。”“你可能能够控制它足够长的时间来模拟，比如说，几百纳秒的运动，但这并不足以找到最有用的信息。”

因此，许多研究人员专注于建立病毒单个蛋白质的模型。但沃斯表示，虽然这种分段过程有其用途，但它也遗漏了更大的图景的一部分。

“病毒本身是一个整体，”计算科学家、黑格·p·帕帕赞恩化学杰出服务教授沃斯说。“在我看来，你不能假设你可以孤立地看待各个部分。病毒不仅仅是它们各部分的总和。”

沃斯说，他的实验室多年来一直在研究其他病毒，比如艾滋病毒。他们得到的教训之一是，病毒的多个部分是相互合作的。

例如，科学家可能会研究一种与病毒表面的刺突蛋白结合的药物，以防止它们附着在宿主细胞上。“你可能想知道的一件主要事情是，你需要给每一个刺突蛋白注射剂量才能发挥作用吗?”如果不是，你能侥幸逃脱的比例有多低?”沃斯说。“当你试图制造药物或抗体时，这是一个关键问题，你可以通过观察整个病毒来最好地理解这一点。”

该模型还提供了一个框架，一旦有新发现，科学家就可以将有关SARS-COV-2病毒的其他信息集成到该框架中。

沃斯希望，该模型将被证明对冠状病毒药物设计以及理解可能出现的突变有用，比如最近在英国发现的突变。任何人都可以下载该模型并将其用于研究。

沃斯说:“制作整个病毒的多尺度模型并迅速整合所有这些信息是一项重大的技术进步。”“我真的为我的实验室感到骄傲。我们用了创纪录的时间，真的——仅仅几个月。如果这次大流行有任何好处，我希望它改进了我们的工具，以抗击除covid -19型流感、艾滋病毒和未来出现的任何新的冠状病毒以外的病毒。”

这项研究的第一作者是博士后研究员Alvin Yu。芝加哥大学的其他作者还有Alexander Pak、Peng He和Viviana Monje-Galvan。其他共同作者还有加州大学圣地亚哥分校的Lorenzo Casalino、Zied Gaieb、Abigail Doommer和Rommie Amaro。

计算资源由芝加哥大学的研究计算中心、德克萨斯高级计算机中心的Frontera和匹兹堡超级计算中心提供。