美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室科學(xué)家首次利用超級計算機(jī)對原子進(jìn)行逐個模擬，揭示了抗生素殺死細(xì)菌的細(xì)節(jié)，以及活細(xì)胞中其他分子機(jī)制的過程。這項研究為改進(jìn)抗生素性能、設(shè)計新抗生素對抗細(xì)菌耐藥性，以及開發(fā)針對新冠等病毒的疫苗開辟了新途徑。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志。

在左圖中，超級計算機(jī)模擬揭示了抗生素依維寧（淺藍(lán)色）如何與細(xì)菌核糖體中的tRNA分子（金色）相互作用。右圖顯示，在沒有抗生素的情況下，不正確的tRNA（橙色）如何進(jìn)入核糖體。

圖片來源：《自然·通訊》雜志

研研究團(tuán)隊指出，信使核糖核酸（mRNA）的代碼攜帶著信息，可在細(xì)胞中產(chǎn)生特定蛋白質(zhì)。核糖體通過從mRNA中讀取代碼來獲得遺傳信息。核糖體在分子信息表中查找代碼——一組被稱為轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）的分子，用于選擇特定的氨基酸，并根據(jù)這些代碼指令制造蛋白質(zhì)。

利用超級計算機(jī)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%的抗生素會抑制核糖體的功能，這是一種有效的抗生素策略。為開發(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不會采用正確的幾何形狀，通過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影響tRNA的幾何形狀，導(dǎo)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(jī)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(xì)胞中構(gòu)建蛋白質(zhì)。借助該實驗室的超級計算機(jī)，他們能夠逐個原子地對這一過程進(jìn)行成像，并展示抗生素如何影響這一過程，這對于應(yīng)對將來可能出現(xiàn)的抗生素耐藥菌危機(jī)至關(guān)重要。