化学系开展抗病毒研究项目

雷切尔·马丁教授3月13日的化学生物课是她在2020年冬季学期最后一次亲自授课。那天的主题是冠状病毒,正是这件事迫使她和UCI的其他教员将课程转移到网上,并开始关闭实验室里的“非必要”研究项目。

会话提供的大纲COVID-19的快速传播带来的公共卫生挑战,而到那个时候杀死了成千上万的人在亚洲,欧洲和中东,刚刚开始加强其致命对美国在控制稀疏班——这是录像,让学生参加远程查看,如果他们喜欢,马丁还讨论了每个人都可以采取一些措施来减缓危险病原体的扩散。

在这张自拍照中,马丁指出了贴在她实验室地板上的几条线,这些线使研究人员在努力解决迫使他们分开的问题时彼此保持安全距离。

报告的关键是深入研究了导致COVID-19及其相关病毒的冠状病毒的物理结构,例如导致2002年至2004年SARS爆发的冠状病毒。马丁的职业生涯建立在理解蛋白质如何在活的有机体中运作、移动和与其他分子相互作用,开发生物物理工具来研究它们,并将这些知识传授给她的学生。

“好像是一百万年前的事了,”她说。“但让我印象深刻的是,我的学生已经花时间学习了这种病毒的技术方面,他们掌握了必要的信息来了解它是如何工作的。”

那天晚些时候回到家里,马丁开始了一项不值得羡慕的任务:设法安全地关闭实验室设备,重新安排研究生、本科生和博士后的工作。后来她明白了:她和她的学生可以依靠他们对蛋白质、化学和生物学的了解来寻找解决问题的办法。

马丁说:“我很快就相信,我们可以利用我们对半胱氨酸蛋白酶的了解,尝试提出抑制剂策略,阻止这些酶在这种新型冠状病毒的情况下发挥作用。”“这是成功对抗另一种著名病毒的方法之一,也就是艾滋病毒背后的方法。目前的问题是基于一套完全不同的病毒、蛋白质和受体,所以我们需要一种新的方法,但基本原理是一样的。”

她解释说,病毒没有很多基因,所以它们需要非常有效地利用它们的资源;这就是为什么他们劫持哺乳动物细胞来完成他们的使命。一种常见的病毒策略是在一个长串中同时表达所有的蛋白质。然后一种叫做蛋白酶的分子出现了,并切断了链,这样蛋白质就可以执行各种功能——最终导致宿主哺乳动物生病。

马丁说:“虽然它可能不能像疫苗那样完全阻止病毒,但阻止蛋白酶的这种作用可能是消灭病毒并防止它引起这种可怕疾病的一步。”

她知道其他教师在UCI的化学系也不得不解除他们的研究活动,因此马丁问教授James Nowick -化学模型的应用专家系统的结构和相互作用蛋白质和肽——如果她能从他的实验室使用一些设备。

诺维克说:“我不仅答应了,还问她我的团队是否可以帮点忙。”“如果雷切尔的目标是创造一种抑制剂来阻断蛋白酶,那么我的实验室可以研究出一种化验方法,看看哪些是最有效的。”

“这和未来的病毒大流行威胁是对从事各种工作的生物医学科学家的号召,他们要利用自己的才能来帮助解决这个问题。我们不能只是坐在家里,希望别人来解决这个问题,”化学教授詹姆斯•诺维克(James Nowick)表示。他的研究小组将帮助进行covid19抑制剂的分子建模和测试。Steve Zylius / UCI

不久,UCI的其他教员也加入了这项工作。化学系教授和系主任道格拉斯·托拜厄斯,社会学、统计学和电子工程学教授卡特·布茨。计算机科学,接受了挑战,应用他们的专业知识在分子建模。化学教授Andrew Borovik, Vy Dong, Elizabeth Jarvo和Jennifer Prescher将他们的化学合成技术运用到这个项目中。

诺维克说:“这和未来的病毒大流行威胁是对从事各种工作的生物医学科学家的召唤,他们要利用自己的才能来帮助解决这个问题。”“我们不能只是坐在家里,希望别人来解决问题。我们都需要参与解决这些问题,这些问题将来只会不断出现。”

对一种目前在世界各地感染人类的病毒进行研究,让研究人员陷入了一个特殊的两难境地。他们需要在实验室里保持彼此之间的安全距离,就像人们在杂货店排队时一样。马丁和她的团队使用磁带标记工作区,使个人6½英尺,他们按照书面程序个人防护设备和适当的处理和传递工具,容器和在实验室里其他对象。

Nowick说UCI特别适合这种努力,它有各种各样的中心和研究所;具有高场强核磁共振光谱、激光光谱和质谱分析能力的设施;和医学院的临床试验。

他说:“此外,这一迅速发展的举措是世界一流大学的一大优势之一:将课堂学习和实验室研究联系起来。”“我经常看到课堂教学如何引导我们在实验室里研究的想法,所以实际上教学和研究之间是一种协同作用,而不是一种竞争,一种教学取代研究的情况。”

马丁的队员们都急着要去。美国国家科学基金会(National Science Foundation)研究生奖学金获得者杰西卡•凯尔茨(Jessica Kelz)就是其中之一。她说:“我们生活在一个非常美好的时代,即使我们身在异地,我们仍然可以发起并维持合作工作。”将生物物理化学、模拟和合成方面的专家团队聚集在一起,我们将能够更好地开发出一种创造性的方法来阻止病毒。”

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新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.uci.edu/2020/03/31/chemistry-faculty-launch-antiviral-research-project/

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