超級計算機首次對原子進行逐個模擬 有望催生更好的抗生素



 

　　在左圖中，超級計算機模擬揭示了抗生素依維寧（淺藍色）如何與細菌核糖體中的tRNA分子（金色）相互作用。右圖顯示，在沒有抗生素的情況下，不正確的tRNA（橙色）如何進入核糖體。
　　圖片來源：《自然·通訊》雜誌
　　科技日報北京9月21日電 （記者劉霞）美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室科學家首次利用超級計算機對原子進行逐個模擬，揭示了抗生素殺死細菌的細節，以及活細胞中其他分子機制的過程。這項研究為改進抗生素性能、設計新抗生素對抗細菌耐藥性，以及開髮針對新冠等病毒的疫苗開闢了新途徑。相關論文發表于最新一期《自然·通訊》雜誌。
　　研究團隊指出，信使核糖核酸（mRNA）的代碼攜帶著資訊，可在細胞中產生特定蛋白質。核糖體通過從mRNA中讀取代碼來獲得遺傳資訊。核糖體在分子資訊表中查找代碼——一組被稱為轉移RNA（tRNA）的分子，用於選擇特定的氨基酸，並根據這些代碼指令製造蛋白質。
　　利用超級計算機有助於研究人員更深入理解核糖體如何讀取信使mRNA的代碼資訊。研究人員指出，約50%的抗生素會抑制核糖體的功能，這是一種有效的抗生素策略。為開發新抗生素，需要瞭解核糖體在原子水準上是如何工作的。為此，研究小組模擬了核糖體和tRNA之間相互作用的分子動力學。
　　他們的模擬表明，不正確的tRNA分子在與核糖體相互作用時不會採用正確的幾何形狀，通過在這些模擬中引入抗生素慶大黴素、新黴素和潮黴素等，他們證明了抗生素會影響tRNA的幾何形狀，導致核糖體摻入不正確的tRNA或根本不摻入。
　　研究人員指出，核糖體是所有生命形式的核心資訊處理分子機器，它必須破譯相關氨基酸的資訊，哪些是正確的可以接受的，哪些是錯誤的需要拒絕的，才能在細胞中構建蛋白質。藉助該實驗室的超級計算機，他們能夠逐個原子地對這一過程進行成像，並展示抗生素如何影響這一過程，這對於應對將來可能出現的抗生素耐藥菌危機至關重要。