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Scientists produce first open source all-atom models of COVID-19 'spike' protein

by Lori Friedman, Lehigh University

El virus SARS coronavirus 2 (SARS-CoV-2) es la causa conocida de la enfermedad coronavirus 2019 (COVID-19). La proteína ′′ espiga ′′ o S facilita la entrada viral en células anfitriones.

Ahora un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Seúl en Corea del Sur, la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, y la Universidad Lehigh en EE. UU han trabajado juntos para producir los primeros modelos de todos los átomos de código abierto de una proteína S de larga duración. Los investigadores dicen que esto es de particular importancia porque la proteína S juega un papel central en la entrada viral en las células, convirtiéndola en un objetivo principal para el desarrollo de la vacuna y medicamentos antivirales.

Los detalles se pueden encontrar en un artículo, ′′ Desarrollando un SARS-CoV-2 Spike Protein Modelo de Proteína Spike en una membrana viral ′′ recién publicado en línea en The Journal of Physical Chemistry B.

Esta demo de vídeo ilustra cómo construir este sistema de membrana a partir de sus modelos de proteína SARS-CoV-2 S. El programa de construcción de modelos es de acceso abierto y se puede encontrar desde la página principal de CHARM-GUI haciendo clic en el enlace de archivo COVID-19, o haciendo clic en el enlace de archivo en el encabezado, luego las proteínas COVID-19 enlace en la barra lateral izquierda.

Desarrollado por Wonpil Im, un profesor en el Departamento de Ciencias Biológicas y Bioingeniería de la Universidad de Lehigh, ENCANTO-GUI (interfaz gráfica de usuario gráfico) es un programa que simula sistemas biomoleculares complejos de forma sencilla, precisamente y rápida. Im lo describe como un ′′ microscopio computacional ′′ que permite a los científicos entender las interacciones de nivel molecular que no pueden ser observadas de ninguna otra manera. Más información sobre CHARM-GUI se puede encontrar en este vídeo.

′′ Nuestros modelos son los primeros modelos de proteínas SARS-CoV-2 totalmente glucosilados que están disponibles para otros científicos," dice Im. ′′ Tuve la suerte de colaborar con el Dr. Chaok Seok de la Universidad Nacional de Seúl en Corea y Dr. Tristan Croll de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. Nuestro equipo pasó días y noches para construir estos modelos muy cuidadosamente a partir de las porciones de estructura crio-EM conocidas. El modelado era muy difícil porque había muchas regiones donde el modelado simple no podía proporcionar modelos de alta calidad.

Los científicos pueden utilizar los modelos para realizar investigaciones innovadoras y nuevas de simulación para la prevención y tratamiento del COVID-19, según Im.

La estructura de proteína S se determinó con crio-EM con el RBD arriba (PDB ID: 6 VSB), y con el RBD abajo (PDB ID: 6 VXX). Pero, este modelo tiene muchos residuos perdidos. Entonces, primero modelaron los residuos de aminoácidos que faltan, y luego otros dominios que faltan. Además, modelaron todos los potenciales glicanos (o carbohidratos) unidos a la proteína S. Estos glucanos previenen el reconocimiento de anticuerpos, lo que dificulta desarrollar una vacuna. También construyeron un sistema de membrana viral de una proteína S para simulación de dinámica molecular.

https://phys.org/news/2020-06-scientists-source-all-atom-covid-spike.html?fbclid=IwAR2G3B7mF6yyfl5CAsc5ue6Chjty0NafI1c7mz7fxlnkZsZHGOjospi6eP8

Scientists produce first open source all-atom models of COVID-19 'spike' protein

by Lori Friedman, Lehigh University

A model of an S-protein. Credit: Dr. Yeolkyo Choi/Lehigh

The virus SARS coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is the known cause of coronavirus disease 2019 (COVID-19). The "spike" or S protein facilitates viral entry into host cells.

Now a group of researchers from Seoul National University in South Korea, University of Cambridge in UK, and Lehigh University in USA, have worked together to produce the first open-source all-atom models of a full-length S protein. The researchers say this is of particular importance because the S protein plays a central role in viral entry into cells, making it a main target for vaccine and antiviral drug development.

The details can be found in a paper , "Developing a Fully-glycosylated Full-length SARS-CoV-2 Spike Protein Model in a Viral Membrane" just published online in The Journal of Physical Chemistry B.

This video demo illustrates how to build this membrane system from their SARS-CoV-2 S protein models. The model-building program is open access and can be found from the home page of CHARMM-GUI by clicking on the COVID-19 Archive link , or by clicking the archive link in the header, then the COVID-19 Proteins link in the left sidebar.

Developed by Wonpil Im , a professor in Lehigh University's Department of Biological Sciences and Bioengineering Department, CHARMM-GUI (GUI = graphical user interface) is a program that simulates complex biomolecular systems simply, precisely and quickly. Im describes it as a "computational microscope" that enables scientists to understand molecular-level interactions that cannot be observed any other way. More information about CHARMM-GUI can be found in this video .

"Our models are the first fully-glycosylated full-length SARS-CoV-2 spike (S) protein models that are available to other scientists," says Im. "I was fortunate to collaborate with Dr. Chaok Seok from Seoul National University in Korea and Dr. Tristan Croll from University of Cambridge in the U.K. Our team spent days and nights to build these models very carefully from the known cryo-EM structure portions. Modeling was very challenging because there were many regions where simple modeling failed to provide high-quality models."

Scientists can use the models to conduct innovative and novel simulation research for the prevention and treatment of COVID-19, according to Im.

The S protein structure was determined with cryo-EM with the RBD up (PDB ID: 6VSB), and with the RBD down (PDB ID: 6VXX). But, this model has many missing residues. So, they first modeled the missing amino acid residues, and then other missing domains. In addition, they modeled all potential glycans (or carbohydrates) attached to the S protein. These glycans prevent antibody recognition, which makes it difficult to develop a vaccine. They also built a viral membrane system of an S protein for molecular dynamics simulation.

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