美国洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家首次利用超级计算机对原子进行逐个模拟，揭示了抗生素杀死细菌的细节，以及活细胞中其他分子机制的过程。这项研究为改进抗生素性能、设计新抗生素对抗细菌耐药性，以及开发针对新冠等病毒的疫苗开辟了新途径。相关论文发表于最新一期《自然·通讯》杂志。
在左图中，超级计算机模拟揭示了抗生素依维宁（浅蓝色）如何与细菌核糖体中的tRNA分子（金色）相互作用。右图显示，在没有抗生素的情况下，不正确的tRNA（橙色）如何进入核糖体。图片来源：《自然·通讯》杂志
研究团队指出，信使核糖核酸(mRNA)的代码携带着信息，可在细胞中产生特定蛋白质。核糖体通过从mRNA中读取代码来获得遗传信息。核糖体在分子信息表中查找代码——一组被称为转移RNA(tRNA)的分子，用于选择特定的氨基酸，并根据这些代码指令制造蛋白质。
利用超级计算机有助于研究人员更深入理解核糖体如何读取信使mRNA的代码信息。研究人员指出，约50%的抗生素会抑制核糖体的功能，这是一种有效的抗生素策略。为开发新抗生素，需要了解核糖体在原子水平上是如何工作的。为此，研究小组模拟了核糖体和tRNA之间相互作用的分子动力学。
他们的模拟表明，不正确的tRNA分子在与核糖体相互作用时不会采用正确的几何形状，通过在这些模拟中引入抗生素庆大霉素、新霉素和潮霉素等，他们证明了抗生素会影响tRNA的几何形状，导致核糖体掺入不正确的tRNA或根本不掺入。
研究人员指出，核糖体是所有生命形式的核心信息处理分子机器，它必须破译相关氨基酸的信息，哪些是正确的可以接受的，哪些是错误的需要拒绝的，才能在细胞中构建蛋白质。借助该实验室的超级计算机，他们能够逐个原子地对这一过程进行成像，并展示抗生素如何影响这一过程，这对于应对将来可能出现的抗生素耐药菌危机至关重要。
