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L'analisi del supercomputer rivela perché le varianti del Coronavirus del Regno Unito e del Sudafrica sono più contagiose e mortali

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Il supercomputer Frontera del TACC aiuta a costruire modelli di infezione delle varianti di COVID-19.

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Tutti i virus mutano mentre fanno copie di se stessi per diffondersi e prosperare. Il SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19, non si sta dimostrando diverso. Ci sono attualmente più di 4.000 varianti di COVID-19, che ha già ucciso più di 2,7 milioni di persone nel mondo durante la pandemia.

La variante del Regno Unito, nota anche come B.1.1.7, è stata individuata per la prima volta nel settembre 2020, e ora sta causando il 98% di tutti i casi di COVID-19 nel Regno Unito. E sembra che stia guadagnando una solida presa in circa 100 altri paesi in cui si è diffuso negli ultimi mesi, tra cui Francia, Danimarca e Stati Uniti.

L'Organizzazione Mondiale della Sanità dice che B.1.1.7 è una delle diverse varianti di preoccupazione insieme ad altre che sono emerse in Sud Africa e Brasile.

"Le varianti del Regno Unito, del Sudafrica e del Brasile sono più contagiose e sfuggono all'immunità più facilmente del virus originale", ha detto Victor Padilla-Sanchez, un ricercatore dell'Università Cattolica d'America. "Dobbiamo capire perché sono più contagiose e, in molti casi, più mortali"

Tutte e tre le varianti hanno subito modifiche alla loro proteina spike - la parte del virus che si attacca alle cellule umane. Come risultato, sono migliori nell'infettare le cellule e nel diffondersi.

In un documento di ricerca pubblicato nel gennaio 2021 in Research Ideas and Outcomes, Padilla-Sanchez discute in dettaglio le varianti del Regno Unito e del Sud Africa. Presenta un'analisi computazionale della struttura della glicoproteina spike legata al recettore ACE2 dove sono state introdotte le mutazioni. Il suo articolo delinea il motivo per cui queste varianti si legano meglio alle cellule umane.

"Ho analizzato una struttura recentemente pubblicata dello spike SARS-CoV-2 legato al recettore ACE2 e ho scoperto perché le nuove varianti sono più trasmissibili", ha detto. "Questi risultati sono stati ottenuti utilizzando il software Chimera della UC San Francisco e le simulazioni di dinamica molecolare utilizzando il supercomputer Frontera del Texas Advanced Computing Center (TACC)"

Padilla-Sanchez ha scoperto che la variante UK ha molte mutazioni nella glicoproteina spike, ma la più importante è una mutazione, N501Y, nel dominio di legame del recettore che interagisce con il recettore ACE2.

"Questa mutazione N501Y fornisce un'efficienza di legame molto più alta, che a sua volta rende il virus più infettivo. Questa variante sta sostituendo il virus precedente nel Regno Unito e si sta diffondendo in molti altri luoghi del mondo", ha detto.

La variante del Sudafrica è emersa nell'ottobre 2020 e ha cambiamenti più importanti nella proteina spike, rendendola più pericolosa della variante del Regno Unito. Coinvolge una mutazione chiave - chiamata E484K - che aiuta il virus a eludere gli anticorpi e le parti del sistema immunitario che possono combattere il coronavirus sulla base dell'esperienza di una precedente infezione o di un vaccino. Poiché la variante sfugge all'immunità, il corpo non sarà in grado di combattere il virus. "Stiamo iniziando a vedere la variante del Sud Africa qui negli Stati Uniti", ha detto.

Padilla-Sanchez ha eseguito l'analisi strutturale, che ha studiato la struttura cristallina del virus, e la dinamica molecolare per ottenere questi risultati.

"La principale sfida computazionale nel fare questa ricerca è stata quella di trovare un computer abbastanza potente per fare il compito di dinamica molecolare, che genera file molto grandi e richiede una grande quantità di memoria. Questa ricerca non sarebbe stata possibile senza il supercomputer Frontera", ha detto Padilla-Sanchez.

Secondo Padilla-Sanchez, gli attuali vaccini non tratteranno necessariamente le varianti. "Le varianti richiederanno i loro propri vaccini specifici. Avremo bisogno di altrettanti vaccini per le varianti che appariranno"

Andando avanti, Padilla-Sanchez continuerà a ricercare i cambiamenti che avvengono con la SARS-CoV-2.

"Questo è stato un progetto molto veloce - lo studio computazionale è durato un mese", ha detto. "Ci sono molti altri laboratori che fanno esperimenti in laboratorio umido, ma non ci sono molti studi computazionali. Ecco perché ho deciso di fare questo importante lavoro ora"

Questo studio, chiamato "SARS-CoV-2 Structural Analysis of Receptor Binding Domain New Variants from United Kingdom and South Africa", è stato pubblicato su Research Ideas and Outcomes nel gennaio 2021. Il ricercatore che ha lavorato a questo studio è Victor Padilla-Sanchez della Catholic University of America.

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