流体湍流环境中多种病毒与人体细胞相互作用的图示。
揭开 COVID-19 的秘密：一项开创性的研究揭示了病毒进化和传播背后错综复杂的生物力学。
理查德·费曼（Richard Feynman）有句名言：“生物所做的一切都可以用原子的摇晃和摆动来理解。 本周，《自然纳米技术》杂志发表了一项开创性的研究，通过分析病毒与人类界面处蛋白质中原子的行为，为冠状病毒及其令人担忧的变种的进化提供了新的视角。 这篇题为“SARS-CoV-2-ACE2界面在关注变体中的单分子力稳定性”的论文是来自三个国家六所大学的研究人员国际合作努力的结果。
病毒的机械稳定性及其全球影响
该研究对冠状病毒的机械稳定性提出了重要的见解，这是其演变为全球大流行的关键因素。 研究团队采用先进的计算模拟和磁镊技术，探索病毒中生化键的生物力学特性。 他们的研究结果揭示了各种病毒株机械稳定性的关键差异，突出了这些差异如何导致病毒的侵袭性和传播。
世界卫生组织报告说，全球有近700万人死于COVID-19，仅在美国就有100多万人死于COVID-19，了解这些机制对于制定有效的干预措施和治疗方法至关重要。 该小组强调，理解这场大流行的分子复杂性是塑造我们对未来病毒爆发的反应的关键。
奥本大学的主要贡献
奥本大学团队由生物物理学助理教授Rafael C. Bernardi教授领导，Marcelo Melo博士和Priscila Gomes博士，通过利用强大的计算分析在研究中发挥了关键作用。 利用 NVIDIA HGX-A100 节点进行 GPU 计算，他们的工作对于揭示病毒行为的复杂方面至关重要。
Bernardi教授是NSF职业奖获得者，他与德国LMU的Gaub教授和荷兰乌得勒支大学的Lipfert教授密切合作。 他们的集体专业知识跨越了各个领域，最终对 SARS-CoV-2 毒力因子有了全面的了解。 他们的研究表明，病毒-人体界面的平衡结合亲和力和机械稳定性并不总是相关的，这一发现对于理解病毒传播和进化的动态至关重要。
病毒株的创新技术和发现
此外，该团队使用磁镊研究SARS-CoV-2：ACE2界面在各种病毒株中的力稳定性和键动力学，为预测突变和调整治疗策略提供了新的视角。 该方法是独一无二的，因为它测量了病毒与ACE2受体的结合强度，ACE2受体是人体细胞的关键切入点，在模拟人类呼吸道的条件下。
该小组发现，虽然所有主要的 COVID-19 变体（如 Alpha、Beta、Gamma、Delta 和 Omicron）与人体细胞的结合比原始病毒更强，但 Alpha 变体的结合特别稳定。这也许可以解释为什么它在之前没有对 COVID-19 免疫力的人群中传播得如此之快。研究结果还表明，其他变体，如Beta和Gamma，进化的方式可以帮助它们逃避一些免疫反应，这可能使它们在人们具有一定免疫力的地区具有优势，无论是以前的感染还是疫苗接种。
对理解和应对变异株的影响
有趣的是，在世界范围内占主导地位的德尔塔和奥密克戎变种显示出有助于它们逃避免疫防御并可能更容易传播的特征。然而，它们不一定比其他变体更强。Bernardi教授说：“这项研究很重要，因为它有助于我们理解为什么一些COVID-19变体比其他变体传播得更快。通过研究病毒的结合机制，我们可以预测哪些变种可能会变得更加普遍，并准备对它们做出更好的反应。
这项研究强调了生物力学在理解病毒发病机制中的重要性，并为病毒进化和治疗开发的科学研究开辟了新的途径。它证明了科学研究在应对重大健康挑战方面的协作性质。
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