在左圖中，超級電腦類比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，在沒有抗生素的情况下，不正確的tRNA（橙色）如何進入核糖體。
圖片來源：《自然·通訊》雜誌
科技日報北京9月21日電（記者劉霞）美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室科學家首次利用超級電腦對原子進行逐個類比，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程。這項研究為改進抗生素效能、設計新抗生素對抗細菌耐藥性，以及開發針對新冠等病毒的疫苗開闢了新途徑。相關論文發表於最新一期《自然·通訊》雜誌。
研究團隊指出，信使核糖核酸（mRNA）的程式碼攜帶著資訊，可在細胞中產生特定蛋白質。核糖體通過從mRNA中讀取程式碼來獲得遺傳資訊。核糖體在分子信息表中查找程式碼——一組被稱為轉移RNA（tRNA）的分子，用於選擇特定的胺基酸，並根據這些程式碼指令製造蛋白質。
利用超級電腦有助於研究人員更深入理解核糖體如何讀取信使mRNA的程式碼資訊。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。為開發新抗生素，需要瞭解核糖體在原子水准上是如何工作的。為此，研究小組類比了核糖體和tRNA之間相互作用的分子動力學。
他們的類比表明，不正確的tRNA分子在與核糖體相互作用時不會採用正確的幾何形狀，通過在這些類比中引入抗生素慶大黴素、新黴素和潮黴素等，他們證明了抗生素會影響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覈心資訊處理分子機器，它必須破譯相關胺基酸的資訊，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。借助該實驗室的超級電腦，他們能够逐個原子地對這一過程進行成像，並展示抗生素如何影響這一過程，這對於應對將來可能出現的抗生素耐藥菌危機至關重要。