最近有報(bào)道稱，剛果民主共和國(guó)的埃博拉病例數(shù)已超過(guò)1,000例，這是2014年西非爆發(fā)后歷史上第二次爆發(fā)，其中29,000人感染艾滋病，11,000多人死亡。這一最新的里程碑清楚地提醒人們，迫切需要為這種常見的致命疾病開發(fā)有效的預(yù)防和治療藥物。

感染埃博拉病毒的人會(huì)經(jīng)歷嚴(yán)重的疾病，包括出血熱，這可能導(dǎo)致內(nèi)出血。據(jù)美國(guó)疾病控制和預(yù)防中心(CDC)稱，目前埃博拉沒(méi)有特殊的醫(yī)療方法。

開發(fā)治療疾病的關(guān)鍵是了解感染過(guò)程的機(jī)制?？茖W(xué)家們知道，為了進(jìn)入一個(gè)人體細(xì)胞，埃博拉利用了一種叫做巨胞細(xì)胞增多癥的自然過(guò)程，通過(guò)這種過(guò)程，細(xì)胞通過(guò)內(nèi)化周圍的死細(xì)胞碎片來(lái)“清理”周圍環(huán)境。細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)充當(dāng)受體，允許免疫細(xì)胞識(shí)別死細(xì)胞碎片并將其內(nèi)化。病毒與這些蛋白質(zhì)相互作用，稱為T細(xì)胞免疫球蛋白和粘蛋白結(jié)構(gòu)域(TIM)蛋白，并利用它們劫持進(jìn)入細(xì)胞。進(jìn)入內(nèi)部后，埃博拉病毒膜融合到其周圍形成的內(nèi)體，并將其遺傳內(nèi)容釋放到細(xì)胞中。

“病毒RNA進(jìn)一步劫持細(xì)胞機(jī)制，使蛋白質(zhì)在內(nèi)部復(fù)制。然后它們從膜上萌芽，形成新的病毒，同時(shí)健康的宿主細(xì)胞死亡，”Lehigh生物工程和機(jī)械工程副教授Frank Zhang說(shuō)道。大學(xué)(HTTPS：//。WWW1利哈伊。埃杜/)。

“雖然埃博拉 - 宿主細(xì)胞附著已被證明依賴于細(xì)胞表面受體與病毒外層之間相互作用的分子生物力學(xué)，但對(duì)于指導(dǎo)治療發(fā)展至關(guān)重要的定量理解尚未得到發(fā)展，” Anand Jagota，Lehigh生物工程系的創(chuàng)始主席和化學(xué)與生物分子工程教授。

張和Jagota聯(lián)手試圖更好地了解埃博拉病毒 - 宿主細(xì)胞粘附的生物力學(xué)。該項(xiàng)目將Jagota在計(jì)算分子粘附力學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)與Zhang關(guān)注機(jī)械傳感，或細(xì)胞如何感知和響應(yīng)機(jī)械刺激相結(jié)合。這對(duì)二人與愛(ài)荷華大學(xué)的同事Sven Moller-Tank和Wendy Maury合作，開發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，描述了埃博拉病毒 - 宿主細(xì)胞粘附的生物力學(xué)特征，這些研究結(jié)果可以提供有關(guān)開發(fā)一種新的和有用的信息。有效的埃博拉治療。他們?cè)谝黄}為“TIM蛋白介導(dǎo)的埃博拉病毒 - 宿主細(xì)胞粘附的生物力學(xué)特征”的文章中發(fā)表了他們?cè)诳茖W(xué)報(bào)告中的發(fā)現(xiàn)。

除了闡明埃博拉病毒與宿主細(xì)胞附著重要的生物力學(xué)參數(shù)之外，該團(tuán)隊(duì)還通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，TIM-Ebola病毒相互作用在機(jī)械上與粘附分子(例如，選擇蛋白)?配體相互作用相當(dāng)。通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械模型，他們進(jìn)一步證明了分子結(jié)合參數(shù)如何確定它們是否足以用于病毒粘附。“我們利用單分子力譜來(lái)量化宿主細(xì)胞TIM蛋白與埃博拉病毒樣顆粒之間的特異性相互作用力，”張說(shuō)。

該模型的目的是展示單分子測(cè)量如何與系統(tǒng)的其他物理特性結(jié)合，例如配體 - 受體對(duì)的密度和膜剛度，以預(yù)測(cè)病毒顆粒是否以及在何種程度上粘附到細(xì)胞上膜。該小組模擬附著是由TIM蛋白和病毒表面上的磷脂酰絲氨酸(據(jù)信介導(dǎo)病毒 - 宿主細(xì)胞附著)之間的粘附驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)膜彎曲抵抗。

“模型的簡(jiǎn)潔性使我們能夠強(qiáng)調(diào)兩個(gè)無(wú)量綱參數(shù)組的重要性及其阻止粘附的潛在能力，”Jagota說(shuō)。

張使用單分子力譜來(lái)監(jiān)測(cè)，操縱和測(cè)量機(jī)械力。例如，在研究中，張將帶有病毒樣顆粒帶到表達(dá)TIM受體的細(xì)胞，觀察它們的相互作用，并將它們拉開以確定相互作用的機(jī)械強(qiáng)度，或拉動(dòng)它們需要多大的力分開。

Jagota使用數(shù)學(xué)模型來(lái)理解埃博拉與細(xì)胞之間的相互作用，在這種相互作用中，什么屬性代表埃博拉病毒 - 它的剛度，形狀 - 以及它代表細(xì)胞的屬性 - 它表面呈現(xiàn)的成分。

“希望這種關(guān)于粘附生物力學(xué)的定量知識(shí)可用于預(yù)測(cè)埃博拉附著的條件，”Jagota說(shuō)。“長(zhǎng)期來(lái)看，目標(biāo)是這些信息有助于實(shí)現(xiàn)新的藥理學(xué)目標(biāo)，并有助于開發(fā)急需的抗病毒療法，以預(yù)防和治療埃博拉病毒。”