揭開COVID-19 的秘密：一項突破性研究揭示了病毒進化和傳播背後錯綜複雜的生物力學。理查費曼（Richard Feynman）有一句名言：「生物所做的一切都可以用原子的抖動和擺動來理解」。本週，《自然-奈米技術》（Nature Nanotechnology）雜誌刊登了一項突破性研究，透過分析病毒與人類界面蛋白質中原子的行為，揭示了冠狀病毒及其變種的演化過程。

這篇題為”SARS-CoV-2-ACE2變種界面的單分子力穩定性”的論文是三個國家六所大學的研究人員開展國際合作的成果。

這項研究對冠狀病毒的機械穩定性提出了重要見解，而這是冠狀病毒演變成全球大流行的關鍵因素。研究小組採用了先進的計算模擬和磁鑷技術來探索病毒中生化鍵的生物力學特性。他們的研究結果揭示了不同病毒株在機械穩定性方面的關鍵差異，並強調了這些差異是如何導致病毒的攻擊性和傳播的。

根據世界衛生組織報告，全球有近700 萬人死於COVID-19，光是美國就有100 多萬人，因此，了解這些力學特性對於開發有效的干預措施和治療方法至關重要。研究小組強調，了解這種大流行病的分子複雜性是我們應對未來病毒爆發的關鍵。

在深入研究中，由生物物理學助理教授Rafael C. Bernardi 與Marcelo Melo 博士和Priscila Gomes 博士領導的奧本大學團隊利用強大的計算分析能力在研究中發揮了關鍵作用。他們利用NVIDIA HGX-A100節點進行GPU計算，其工作對揭示病毒行為的複雜方面至關重要。

Bernardi 教授是國家自然科學基金事業獎得主，他與德國LMU 的Gaub 教授和荷蘭烏特勒支大學的Lipfert 教授密切合作。他們的專業知識橫跨多個領域，最終對SARS-CoV-2 病毒因子有了全面的了解。他們的研究表明，病毒與人類界面的平衡結合親和力和機械穩定性並不總是相互關聯的，這項發現對於理解病毒傳播和演化的動態至關重要。

此外，研究團隊利用磁性鑷子研究了不同病毒株中SARS-CoV-2:ACE2界面的力穩定性和結合動力學，為預測突變和調整治療策略提供了新的視角。這種方法很獨特，因為它能在模擬人類呼吸道的條件下測量病毒與ACE2 受體（進入人體細胞的關鍵點）的結合強度。

研究團隊發現，雖然COVID-19 的所有主要變異體（如Alpha、Beta、Gamma、Delta 和Omicron）與人體細胞的結合力都比原始病毒強，但Alpha 變種的結合力特別穩定。這也許可以解釋為什麼它在沒有COVID-19 免疫力的人群中傳播得如此之快。研究結果還表明，其他變異（如Beta 和Gamma）的進化方式有助於它們逃避某些免疫反應，這可能會使它們在人們因先前感染或接種疫苗而具有一定免疫力的地區佔據優勢。

有趣的是，在全球占主導地位的德爾塔和奧米克隆變體顯示出的特徵有助於它們逃避免疫防禦，並可能更容易傳播。不過，它們不一定比其他變體的結合力更強。Bernardi 教授說：「這項研究非常重要，因為它有助於我們理解為什麼某些COVID-19 變體比其他變體傳播得更快。透過研究病毒的結合機制，我們可以預測哪些變種可能會變得更流行，並為應對它們做好準備”。

這項研究強調了生物力學在了解病毒致病機制方面的重要性，並為病毒進化和療法開發的科學研究開闢了新途徑。它證明了科學研究在應對重大健康挑戰方面的合作性質。