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        計(jì)算機(jī)模擬揭示了耐藥性的根源
        
			
        
				2019-05-12 09:41:19
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			  來(lái)源：
			
        
		
        
				
		
        
			
        新的超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬揭示了稱為外排泵的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在細(xì)菌中產(chǎn)生耐藥性的作用，這項(xiàng)研究可以提高藥物對(duì)危及生命的疾病的有效性，并恢復(fù)已解散的抗生素的功效。
        

        計(jì)算機(jī)模擬揭示了耐藥性的根源
        

        “通過(guò)了解泵的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)態(tài)行為，我們可以找到一種方法來(lái)停用泵 - 長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有工作的抗生素可能再次有用，”洛斯阿拉莫斯生物物理學(xué)家Gnana Gnanakaran說(shuō)，他與同事合作在實(shí)驗(yàn)室和俄克拉荷馬大學(xué)的細(xì)菌外排泵專家Helen Zgurskaya和德國(guó)法蘭克福歌德大學(xué)的Klaas Pos。
        

        一些威脅生命的感染對(duì)抗生素沒(méi)有反應(yīng)，因?yàn)樘囟愋偷膫魅拘晕⑸镏械耐馀疟梅Q為革蘭氏陰性菌，在藥物可以起作用之前沖洗出抗生素。一種類型的外排泵，直到最近才進(jìn)行了部分研究，最近進(jìn)行了整體建模，并使用洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行了模擬。該研究結(jié)果于11月28日發(fā)表在“科學(xué)報(bào)告”上，可以更好地了解外排泵的運(yùn)動(dòng)和功能。該工作利用了實(shí)驗(yàn)室為支持其國(guó)家安全使命而開(kāi)發(fā)的廣泛建模和超級(jí)計(jì)算模擬功能。
        

        在這項(xiàng)研究中，研究人員將注意力集中在細(xì)菌銅綠假單胞菌內(nèi)的外排泵，這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的疾病，如肺炎和敗血癥。在銅綠假單胞菌中，主要的泵類型稱為MexAB-OprM，由三種蛋白質(zhì)組成：MexA，MexB和OprM。
        

        “這是一個(gè)非常非常大的系統(tǒng) - 大約一百五十萬(wàn)個(gè)原子，”實(shí)驗(yàn)室理論生物學(xué)家CesarA.López說(shuō)。MexAB-OprM泵包含在革蘭氏陰性細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)膜和外膜，并將細(xì)胞的內(nèi)部和周質(zhì)(兩個(gè)膜之間的隔室)連接到細(xì)胞的外部。這種聯(lián)系為藥物分子離開(kāi)細(xì)胞創(chuàng)造了一條道路。
        

        實(shí)驗(yàn)室的超級(jí)計(jì)算機(jī)能夠在微秒時(shí)間尺度內(nèi)對(duì)嵌入雙膜系統(tǒng)的整個(gè)MexAB-OprM泵進(jìn)行第一次原子模擬。
        

        然后，研究人員使用這些模擬來(lái)研究組裝泵的動(dòng)力學(xué)，并了解泵功能是如何從這些動(dòng)力學(xué)中產(chǎn)生的。穩(wěn)定MexA和OprM之間復(fù)合物的氨基酸相互作用也使用稱為實(shí)驗(yàn)室理論生物學(xué)家Timothy Travers的序列共變分析的計(jì)算技術(shù)獨(dú)立地交叉驗(yàn)證。根據(jù)Travers的說(shuō)法，“這是第一次將這種基于序列的技術(shù)應(yīng)用于交叉驗(yàn)證使用模擬和低溫電子顯微鏡構(gòu)建的蛋白質(zhì)復(fù)合物的界面。”
        

        將這些計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于在不同革蘭氏陰性病原體中發(fā)現(xiàn)的多種外排泵應(yīng)該允許科學(xué)家們闡明不同泵之間是否共享一般機(jī)制或者是泵特異性的。例如，穩(wěn)定泵結(jié)構(gòu)的氨基酸相互作用可能是藥物開(kāi)發(fā)努力的目標(biāo)，以阻止泵組裝或功能，從而使目前已失效的抗生素再次有效。
        
			

			
          
        
			
        
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