日本の科学者はコロナウイルスの伝染の鍵を発見します：三角形のスパイク

COVID-19 紹介する必要はありません。 昨年、ウイルスによって引き起こされた病気 SARS-CoV-2、それは世界中のすべての大陸に到達しています。 2021年3月末までに、推定1億2800万件の登録症例があり、そのうち300万件近くが致命的でした。 科学者がワクチンを開発するために競争し、政治家がワクチンの配布を調整するにつれて、このウイルスがこれほど成功する理由についての基礎研究も行われています。

沖縄大学院理工学研究科（OIST）の数学・力学・材料ユニットでは、ポスドク研究員のビカシュ・チュラシャ博士とエリオット・フリード教授がエネルギー最小化技術を用いて生体粒子上の荷電タンパク質を調べました。 彼らは以前にコレステロール粒子を研究していましたが、パンデミックが発生したとき、彼らは開発した方法を通じて、新しいウイルスに適用できることに気づきました。 彼らは、カナダのクイーンズ大学の研究者であるモナ・カンスとジェフリー・ジャコミン教授と協力して、SARS-CoV-2を詳しく調べ、ウイルスの「変異」（正式にはペプロマーと呼ばれる）の形状がその成功にどのように役立つかを確認しました。 たっぷりと広がります。 彼らの研究は最近 流体物理学。

「コロナウイルスの単一の粒子を視覚化するとき、その表面に多数の棘またはより小さな球が分布している球を考えるのが一般的です」と、Churacia博士は言いました。 「これがウイルスが最初にモデル化された方法です。しかし、このモデルは大まかなスケッチであり、過去1年間で、ウイルスがどのように見えるかについてさらに学びました。」

コロナウイルス粒子の最も正確な画像には、三角形の棘があります。 OISTとクイーンズ大学の科学者たちは、これがコロナウイルスが人から人へとうまく伝染するのを助けるかもしれないことを発見しました。 この画像は、FluidPhysicsに掲載された論文に掲載されました。 クレジット：この画像は、FluidPhysicsで公開された研究論文に掲載されました

代わりに、Churacia博士は、コロナウイルス粒子の「スパイク」は、実際には3つの小さなボールを積み重ねて三角形を形成していると述べました。 ウイルス粒子の形状が分散能力に影響を与える可能性があるため、これは重要な考慮事項です。

これを理解するために、ボールが空間を移動することを想像してください。 ボールはカーブをたどりますが、それと同じように回転します。 ボールが回転する速度は、その回転伝播と呼ばれます。 SARS-CoV-2粒子は、液体（具体的には唾液の小さな液滴）に浮遊しているにもかかわらず、このボールと同じように動きます。 粒子の回転拡散は、オブジェクト（人の組織や細胞など）に順応して付着する能力に影響を与えます。これは、この速度で人から人へとうまく拡散する能力の鍵となっています。 高い回転伝播とは、粒子がパスをたどるときに振動して振動することを意味します。したがって、オブジェクトに付着したり、オブジェクトから効率的に跳ね返って空中を移動し続けることが困難になる場合があります。 一方、低回転拡散は逆の効果があります。

もう1つの考慮事項は、各スパイクの電荷です。 研究者たちは、両方が等しく請求されていると仮定しました。 同じ電荷は常に互いに反発するため、粒子に2つの波紋しかなく、それらが等しい電荷である場合、それらはどちらかの極に配置されます（互いに可能な限り離れて）。 より均一に帯電した釘が追加されると、それらはボールの表面全体に均等に分散されます。 これにより、研究者は回転拡散を計算できる幾何学的配置を得ることができました。

以前、研究者は74個のスパイクを持つウイルス粒子を調べました。 この新しい研究では、彼らは同じ粒子を使用しましたが、3つの粒子の三角形の単一のビーズの釘をオフにしました。 すると、粒子の回転拡散が39％減少することがわかりました。 さらに、この傾向はさらに高値を追加することで継続することがわかります。

これは重要な発見でした。循環の蔓延が少ないということは、ウイルス粒子が物や人にうまく整列して付着する可能性があることを意味します。 したがって、この研究は、三角形のスパイクがSARS-CoV-2の成功に貢献したことを示しています。

「これよりも複雑なことはわかっています」とChurasia博士は説明しました。 「釘が均一に帯電していないか、しなやかでねじれている可能性があります。また、粒子の「本体」がボールではない可能性があります。したがって、この分野でさらに研究を行う予定です。」

この研究の興味深い追加の特徴は、物理学者のJJ Thompsonが1世紀以上前に尋ねた質問に関連していることです。彼は、特定の数の電荷が球全体にどのように分布するかを発見しました。

エリオット・フリード教授は、「100年以上前に検討された問題が、現在の状況にとって非常に重要であることに注目している」と述べた。 この質問は主に知的好奇心と興味の観点から質問されましたが、予想外の方法で適用できることが判明しました。 これが、基礎研究の重要性を失ってはならない理由です。」

OISTとクイーンズ大学の科学者は、SARS-CoV-2の成功を強調するために、この種の研究で引き続き協力する予定です。 クイーンズ大学の研究者は、筆頭著者のモナ・カンソがカナダと日本の間を移動し、OISTとより緊密に連携できるようにしたことで、Mitacs Globalink ResearchAwardを受賞しました。

参照：「コロナウイルスのペプロマーバルブ形状と回転伝播」MA Kanso、V。Chaurasia、E。Fried、AJ Giacomin、2021年3月30日 流体物理学。
土井：10.1063 / 5.0048626