洛斯阿拉莫斯國家實驗室的超級計算機模擬表明，SARS-CoV-2的G型，即引起COVID-19的優勢病毒株，變異為一種構象，更頻繁地”抬頭”以吸附在受體上，但這使它更容易被中和。原子層面的大規模超級計算機模擬顯示，導致人們罹患COVID-19的SARS-CoV-2優勢菌株G型變體更具感染性，部分原因是與其他變種相比，它更有能力輕易地與體內的目標宿主受體結合。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室領導的團隊的這些研究成果闡明了G型病毒的感染和對它的抗體抵抗的機制，這可能有助於未來的疫苗開發。

“我們發現穗狀蛋白的基本構件之間的相互作用在G型中變得更加對稱，這使它有更多機會與宿主，也就是我們的受體結合，”最近發表在《科學進展》上的論文的通訊作者Gnana Gnanakaran說。”但與此同時，這意味著抗體可以更容易地中和它。實質上，該變體抬頭與受體結合，這給了抗體攻擊它的機會”。

研究人員知道這個也被稱為D614G的變種更具感染性，可以被抗體中和，但他們不知道如何中和。這項新工作模擬了超過一百萬個單獨的原子，並需要大約2400萬個CPU小時的超級計算機時間，提供了關於這個變體的Spike行為的分子水平細節。目前針對SARS-CoV-2（導致COVID-19的病毒）的疫苗是基於該病毒的原始D614形式。對G變體的這種新理解–在原子水平上對G形式進行的最廣泛的超級計算機模擬–可能意味著它為未來的疫苗提供了一個骨架。

該團隊在2020年初發現了D614G變種，當時由SARS-CoV-2病毒引起的COVID-19大流行正在加緊進行。這些發現發表在《細胞》上。科學家們曾觀察到尖峰蛋白中的一個突變。在所有的變種中，正是尖峰蛋白使病毒具有特徵性。這種D614G突變，因SARS-CoV-2基因組上第614位的氨基酸被天冬氨酸取代而得名，在幾週內就在全球範圍內流行起來。

穗狀蛋白通過穗狀蛋白的受體結合域與我們許多細胞中發現的特定受體結合，最終導致宿主被感染。這種結合要求受體結合域在結構上從不能結合的封閉構象過渡到可以結合的開放構象。這項新研究的模擬結果表明，在新的G型變體中，尖峰蛋白的構件之間的相互作用比原始D型菌株中的相互作用更加對稱。這種對稱性導致更多的病毒Spike處於開放構象，因此它可以更容易地感染一個人。

來自洛斯阿拉莫斯的一個博士後團隊–Rachael A. Mansbach（現為康科迪亞大學物理學助理教授）、Srirupa Chakraborty和Kien Nguyen–領導了這項研究，對這兩種變體在受體結合域的兩種構象下進行了多次微秒級模擬，以闡明Spike蛋白如何與宿主受體以及有助於保護宿主免受感染的中和抗體相互作用。研究小組的成員還包括洛斯阿拉莫斯國家實驗室的Bette Korber和杜克人類疫苗研究所的David C. Montefiori。

研究小組感謝洛斯阿拉莫斯的機構計算主管保羅·韋伯為這項研究提供了使用該實驗室的超級計算機的機會。