变异，感染性粒子，细胞入侵。这不是僵尸电影，而是逆转录病毒的日常生存情况。
病毒的形态不断变化是它们成为全球人类健康威胁的重要原因。它们经过多个阶段，产生传染性，使人类难以对它们进行分析和诊治。直到现在。
伊利诺伊大学的研究人员参与了 Klaus Schulten 教授领导的贝克曼高等科学技术研究所理论与计算生物物理学组，他们正在全球功能最强大的计算机上，使用 GPU 技术加速模拟未成熟的逆转录病毒。
未成熟 RSV 逆转录病毒衣壳的模型。
该研究可帮助他们阻止这些变化无常的生物。
病毒从受感染细胞突然出现时，处于不成熟阶段，由蛋白质包裹着的 RNA 基因组组成。研究人员正在测试阻止病毒传播的方法，即在病毒粒子变形和成熟之前，将其锁定在非感染阶段。
“我们正在做的是，寻找有效的方法，在病毒变得具有感染性之前，中断它们的生命周期，”参与这项研究的博士后研究员 Juan Perilla 说。
直到最近，由于这种病毒粒子极其微小且形状不规则，要研究这些粒子的原子层结构非常困难。
“我们很清楚逆转录病毒何时处于未成熟阶段，因为它在变得具有感染性之前要进入一个非常特别的状态，”Perilla 说。“但要了解其结构却非常棘手。”
未成熟逆转录病毒的原子模型通过将单个病毒亚基放置到低温电子显微镜生成的密度图中构建而成。
以超级计算速度模拟
病毒成熟时会经历一个称为逆转录的过程，此时它们将重新排列病毒蛋白，激活 RNA 基因组向 DNA 的转变过程。然后，病毒 DNA 侵入宿主细胞的基因组。受到感染的细胞将向宿主的血液中释放未成熟病毒的副本。这些新释放的病毒必须在成熟之后才能感染其他细胞。
在这个复杂的过程中，还可能会发生变异，从而使治疗逆转录病毒疾病的过程更加复杂。一个很好的用于研究此过程的模型是影响鸟类的劳氏肉瘤病毒，或称 RSV。其未成熟阶段的高分辨率图像很难获得。
这促使研究人员在全球最快的由 GPU 驱动的计算机上运行模拟，这些计算机包括美国橡树岭国家实验室的 Titan 和伊利诺伊州国家超级计算应用中心的 Blue Waters。
“通过使用 GPU，我们的速度提高了 2 倍，这意味着计算的周转时间快了两倍，”参与这个项目的物理学在读研究生 Boon Chong Goh 说。“我们一个月之内便能看到结果，无需再等待两个月。”
今年早些时候，这些模拟提供了未成熟 RSV 逆转录病毒的第一张原子层结构模型。从一月份开始，研究人员便在 Blue Waters 超级计算机上研究未成熟的 HIV 病毒。
在得克萨斯州奥斯汀市下周举行的 SC15 超级计算大会上，研究人员将发表论文并提供视频“人类病原体的化学可视化: 逆转录病毒衣壳”(Chemical Visualization of Human Pathogens: the Retroviral Capsids)，其中介绍了用于构建、模拟、分析结构并使其可视化所使用的技术。这些结构被视为未开发的药物干预目标。