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在左圖中，超級計算機模擬揭示了抗生素依維寧(淺藍色)如何與細菌核糖體中的 tRNA 分子(金色)相互作用。右圖顯示，在沒(méi)有抗生素的情況下，不正確的 tRNA(橙色)如何進(jìn)入核糖體。
圖片來(lái)源：《自然·通訊》雜志/侵刪
美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室科學(xué)家首次利用超級計算機對原子進(jìn)行逐個(gè)模擬，揭示了抗生素殺死細菌的細節，以及活細胞中其他分子機制的過(guò)程。這項研究為改進(jìn)抗生素性能、設計新抗生素對抗細菌耐藥性，以及開(kāi)發(fā)針對新冠等病毒的疫苗開(kāi)辟了新途徑。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志。
研究團隊指出，信使核糖核酸(mRNA)的代碼攜帶著(zhù)信息，可在細胞中產(chǎn)生特定蛋白質(zhì)。核糖體通過(guò)從 mRNA 中讀取代碼來(lái)獲得遺傳信息。核糖體在分子信息表中查找代碼——一組被稱(chēng)為轉移 RNA(tRNA)的分子，用于選擇特定的氨基酸，并根據這些代碼指令制造蛋白質(zhì)。
利用超級計算機有助于研究人員更深入理解核糖體如何讀取信使 mRNA 的代碼信息。研究人員指出，約 50% 的抗生素會(huì )抑制核糖體的功能，這是一種有效的抗生素策略。為開(kāi)發(fā)新抗生素，需要了解核糖體在原子水平上是如何工作的。為此，研究小組模擬了核糖體和 tRNA 之間相互作用的分子動(dòng)力學(xué)。
他們的模擬表明，不正確的 tRNA 分子在與核糖體相互作用時(shí)不會(huì )采用正確的幾何形狀，通過(guò)在這些模擬中引入抗生素慶大霉素、新霉素和潮霉素等，他們證明了抗生素會(huì )影響 tRNA 的幾何形狀，導致核糖體摻入不正確的 tRNA 或根本不摻入。
研究人員指出，核糖體是所有生命形式的核心信息處理分子機器，它必須破譯相關(guān)氨基酸的信息，哪些是正確的可以接受的，哪些是錯誤的需要拒絕的，才能在細胞中構建蛋白質(zhì)。借助該實(shí)驗室的超級計算機，他們能夠逐個(gè)原子地對這一過(guò)程進(jìn)行成像，并展示抗生素如何影響這一過(guò)程，這對于應對將來(lái)可能出現的抗生素耐藥菌危機至關(guān)重要。
