世界卫生组织报告说，每年大约有10亿个流感病例，有300-500万个严重病例，全世界与流感有关的呼吸道死亡人数多达65万。为了有效，季节性流感疫苗必须每年更新，以便与主要的病毒菌株相一致。当疫苗与流行的病毒株相匹配时，它就能提供实质性的保护。然而，如果疫苗和病毒株不匹配，疫苗可能只会提供有限的防御。
血凝素（HA）和神经氨酸酶（NA）糖蛋白是流感疫苗的主要目标。HA蛋白有助于病毒附着在宿主细胞上，而NA蛋白则像一把剪刀，将HA从细胞膜上分离，使病毒得以繁殖。尽管之前对这些糖蛋白的特性进行了研究，但对它们的运动并没有一个完整的了解。
加州大学圣地亚哥分校的研究人员首次创建了一个H1N1病毒的原子级计算机模型，通过糖蛋白的"呼吸"和"倾斜"运动揭示了新的漏洞。这项工作发表在ACS中央科学杂志上，为未来设计针对流感的疫苗和抗病毒药物提出了可能的策略。
"当我们第一次看到这些糖蛋白的动态，大程度的呼吸和倾斜时，我们在怀疑我们的模拟是否有问题，"化学和生物化学特聘教授Rommie Amaro说，他是这个项目的主要研究者。"当我们知道模型是正确的，我们就意识到这一发现的巨大潜力。这项研究可用于开发保持蛋白质锁定开放的方法，以便它能不断地被抗体接触到。"
传统上，流感疫苗以HA蛋白的头部为目标，所依据的静止图像显示该蛋白处于紧密形成状态，几乎没有移动。Amaro的模型显示了HA蛋白的动态性质，并揭示了一种呼吸运动，暴露了一个以前未知的免疫反应部位，即所谓的表位。
H1N1流感病毒的计算机模型--1.6亿个原子的细节。资料来源：加利福尼亚大学-圣地亚哥分校
这一发现补充了该论文的共同作者之一、斯克里普斯研究所结构生物学教授Ian A. Wilson之前的工作，他发现了一种具有广泛中和作用的抗体--换句话说，没有毒株特异性--并且与蛋白质的一个看似未暴露的部分结合。这表明，糖蛋白比以前认为的更有活力，使抗体有机会附着。模拟HA蛋白的呼吸运动建立了一种联系。
NA蛋白也显示出在原子水平上的运动，有一个头部倾斜的运动。这为国家过敏和传染病研究所的共同作者Julia Lederhofer和Masaru Kanekiyo提供了一个关键的发现。当他们观察康复期血浆--即从流感中恢复过来的病人的血浆时，他们发现了专门针对头部以下被称为NA"黑暗面"的抗体。如果没有看到NA蛋白的运动，就不清楚这些抗体是如何进入表位的。Amaro的实验室创建的模拟显示了运动范围，使人们了解到表位是如何暴露出来与抗体结合的。
Amaro的团队创建的H1N1模拟包含了大量的细节--价值1.6亿个原子。这种规模和复杂性的模拟只能在世界少数几个超级计算机上运行。在这项工作中，Amaro实验室使用了橡树岭国家实验室的泰坦，它曾经是世界上最大和最快的计算机之一。
Amaro正在将这些数据提供给其他研究人员，他们可以发现更多关于流感病毒如何移动、生长和进化的信息。"我们主要对HA和NA感兴趣，但还有其他蛋白质、M2离子通道、膜相互作用、糖类，以及许多其他的可能性，这也为其他小组将类似方法应用于其他病毒铺平了道路。我们过去对SARS-CoV-2进行了建模，现在是H1N1，但还有其他流感变种、MERS、RSV、HIV--这只是个开始。"