UCSD COVID Görselleştirme

Mukus molekülleri (kırmızı) ve kalsiyum iyonları (sarı) ile çevrili virüsün sivri uç proteininin (camgöbeği) görselleştirilmesi. Viral zar mor renkle gösterilmiştir. Kredi: UC San Diego’dan Lorenzo Casalino, Amaro Laboratuvarı ve araştırma ekibi.

UC San Diego, virüslerin havada nasıl dolaştığının anlaşılmasına yardımcı olmak için bilgisayar modeli geliştiriyor.

Mayıs 2021’de Hastalık Kontrol Merkezleri resmi olarak şunu kabul etti: SARS-CoV-2-neden olan virüs COVID-19-Havadadır, yani hava yoluyla yüksek oranda bulaşabilir.

Şimdi California Üniversitesi San Diego Profesörü ve Bağışlanmış Kimya ve Biyokimya Başkanı Rommie Amaro, ABD ve dünyadaki ortaklarıyla birlikte delta virüsünü ilk kez bir aerosol içinde modelledi.

Bu çalışma, yüksek performanslı bilgi işlem alanındaki olağanüstü başarıyı takdir etmek için her yıl Association for Computing Machinery tarafından verilen Gordon Bell Ödülü için finalist oldu. Amaro, nasıl davrandığını ve insan hücrelerine nasıl eriştiğini anlamak için tamamen atomlu bir SARS-CoV-2 virüsünü ve virüsün başak proteinini modelleme çalışmaları nedeniyle geçen yıl ödülü kazanan ekibe liderlik etti.

Amaro, “Gordon Bell Ödülü’nde iki yıl üst üste finalist olmak harika” dedi. “Ama bundan daha fazlası, bu çalışmanın virüslerin aerosoller yoluyla nasıl bulaştığına dair anlayışımızı derinleştirme potansiyeli konusunda gerçekten heyecanlıyız. Etkiler, hava yoluyla bulaşan hastalıklara bakışımızı değiştirebilir.”

Aerosoller küçüktür. Bir insan saçı yaklaşık 100 mikron çapındadır. Damlacıklar (hapşırırken ağzınızdan ve burnunuzdan çıkan spreyi düşünün) 100 mikrondan daha büyüktür ve saniyeler içinde yere düşer. Buna karşılık, sadece nefes alıp vererek ve konuşarak üretilen aerosoller, 100 mikrondan daha küçük her şeydir ve havada saatlerce yüzebilir ve uzun mesafeler kat edebilir.

Solunum Aerosolünde Delta SARS-CoV-2

Delta SARS-CoV-2’nin bir solunum aerosolünde görselleştirilmesi, burada virüsün mavi renkte çivili sivri proteinler ile mor olarak tasvir edilmesi. Müsinler kırmızı, albümin proteinleri yeşil ve derin akciğer sıvısı lipidleri koyu sarı renktedir. Kredi: UC San Diego’dan Abigail Dommer, Amaro Lab ve araştırma ekibi.

Atmosferik kimyada Seçkin Başkan ve Çevre Kimyası Üzerindeki Aerosol Etkileri Merkezi’nin (CAICE) direktörü Kim Prather, deniz spreyi ve okyanus aerosollerini kapsamlı bir şekilde inceledi. Birkaç yıl önce Amaro ile temasa geçerek bu aerosollerin içlerinde deniz suyundan çok daha fazlasını içerdiğini belirtti.

Prather, “Yaygın düşünce, okyanus aerosollerinin yalnızca tuzlu su içerdiğiydi” dedi. “Ama içeride bir ton okyanus biyolojisi olduğunu keşfettik – proteinler ve virüsler dahil canlı organizmalar. Sadece Rommie’nin bunu incelemekle ilgileneceğini düşünmekle kalmadım, aynı zamanda çalışmalarının aerosol bileşimi ve hareketi ve havada hayatta kalma hakkında daha iyi bir anlayış kazanmamıza yardım etmede gerçekten faydalı olabileceğini düşündüm.”

Amaro’nun laboratuvarı, Prather’in deniz spreyi üzerindeki çalışmasını kullanarak aerosollerin nasıl göründüğüne dair bilgisayar modelleri geliştirmeye başladı. Bu simülasyonlar, Amaro ve grubunun genel olarak aerosolleri incelemek için kullanılan deneysel yöntemleri ve araçları anlamalarının yanı sıra karmaşık aerosol modellerini oluşturmak, simüle etmek ve analiz etmek için yararlı bir çerçeve geliştirmenin yolunu açtı.

SARS-CoV-2 2020’nin başlarında sahneye çıktığında, virüsü modellemeye başladı ve sivri proteinleri kaplayan bir glikan adı verilen şekerli bir kaplama yoluyla konakçı hücrelere nasıl bulaştığını gösterebildi.

Aerosol bilim adamları her zaman SARS-CoV-2’nin havadan bulaştığından şüphelendiler, bu nedenle virüsü bir aerosol içinde incelemek, bu şüpheleri kanıtlarla desteklemek için bir fırsat sağladı. Amaro, laboratuvarının aerosollerle zaten yaptığı işi ve laboratuvarının da virüsle yaptığı işi alarak, iki ile ikiyi bir araya getirdi.

Amaro, “En uzağa gidebilen ve akciğerin derinliklerine inebilen bu güzel aerosoller, yıkıcı olabilir,” dedi. “İnsanların parçacıkları bu kadar ayrıntılı olarak görmelerini sağlayan hiçbir deneysel araç, mikroskop yok, ancak bu yeni hesaplamalı mikroskop, virüse ne olduğunu – nasıl hareket ettiğini, uçuş sırasında nasıl bulaşıcı kaldığını görmemizi sağlıyor. Bir şeyin neye benzediğini görebilmek, bileşenlerin nasıl bir araya geldiğini görebilmek konusunda çok güçlü bir şey var – insanların sormayı düşündükleri soru türlerini temelden değiştiriyor.”

Virüsün aerosollerde nasıl hareket ettiğini ve yaşadığını daha iyi anlamak için Amaro, Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı da dahil olmak üzere dünyanın dört bir yanından 52 kişilik bir ekiple çalıştı. Toplantı modelleri simüle etmek için süper bilgisayar. Toplantı araştırmacıların benzeri görülmemiş bir milyar atomda aerosolleri görmelerini sağlayan bu büyük ölçekli simülasyonları gerçekleştirebilen dünyadaki birkaç süper bilgisayardan biridir.

Bu simülasyonlar, virüsün zarlarının daha karmaşık ayrıntılarını ve ayrıca aerosollerin görselleştirmelerini içeriyordu. SARS-CoV-2 virüsüne ek olarak, bu mikron altı solunum aerosolleri ayrıca müsinler, akciğer yüzey aktif cismi, su ve iyonlar içeriyordu.

Müsinler, solunum yolu da dahil olmak üzere vücudun ıslak olan yüzeylerinin çoğunu kaplayan polimerlerdir ve virüsü güneş ışığı gibi sert dış etkenlerden korumak için çalışabilirler. Amaro’nun ekibinin araştırdığı hipotezlerden biri, SARS-CoV-2’nin delta varyantının, müsinlerle çok iyi etkileşime girdiği için kısmen daha bulaşıcı olup olmadığıdır.

Artık modeller inşa edildiğine göre Amaro, aerosol haline getirilmiş virüs hareketlerinin tahminlerini test edecek bir deneyi resmi olarak oluşturmayı umuyor. Ayrıca nem, rüzgar ve diğer dış koşulların virüsün aerosollerdeki bulaşmasını ve ömrünü nasıl etkilediğini araştıracak araçlar geliştiriyor.

SARS-CoV-2’nin nasıl çalıştığı hakkında mümkün olduğunca çok şey öğrenmenin acil ihtiyaçlarının ötesinde, bilgisayar aerosol modellerinin iklim bilimi ve insan sağlığı dahil olmak üzere geniş kapsamlı etkileri olabilir.

Profesör Dr. Robert “Chip” Schooley, “Pandemi sırasında öğrendiğimiz şey, aerosollerin virüsün yayılmasındaki ana itici güçlerden biri olduğu ve diğer birçok solunum yolu patojeninin bulaşmasındaki önemlerinin sistematik olarak yeterince anlaşılmadığıdır” dedi. UC San Diego Tıp Fakültesi Tıp Bölümü. “Aerosoller ve bunların sağlık üzerinde olumsuz etkileri olan virüsleri ve kirleticileri nasıl barındırdıklarını ne kadar çok öğrenirsek, etkili tedavi ve hafifletme önlemleri oluşturmak için o kadar iyi konumlanırız. Bu, dünya çapındaki insanların halk sağlığına ve refahına fayda sağlar.”

Bu çalışma, NSF Çevre Kimyası Üzerindeki Aerosol Etkileri Merkezi (CAICE), Ulusal Bilim Vakfı Kimyasal Yenilik Merkezi (NSF CHE-1801971), NIH GM132826, NSF RAPID MCB-2032054, Oak Ridge’deki Oak Ridge Hesaplama Tesisi tarafından desteklenmiştir. Ulusal Laboratuvar (DOE DE-AC05-00OR22725), Texas Advanced Computing Center ön bölge (NSF OAC-1818253), Argonne Hesaplama Tesisi (DOE DE-AC02-06CH11357) ve Pittsburgh Süper Bilgisayar Merkezi (NSF TG-CHE060063). RCSA Research Corp. ve UC San Diego Moore Kanser Merkezi 2020 SARS-CoV-2 tohum hibesi tarafından sağlanan ek finansman. Bu çalışma şurada görünüyor: SC21 Bildiriler Kitabı, Sanal Etkinlik, 14-19 Kasım 2021.





#COVID #Havayla #Bulaşıyor #Uzman #Virüslerin #Havada #Nasıl #Dolaştığını #Açıklıyor