新型コロナN501Y変異株の感染力の強さ、スパコン富岳が解明

理化学研究所(理研)は、スーパーコンピュータ「」を利用した「新型コロナウイルス関連タンパク質に対するフラグメント分子軌道計算」の進捗状況について説明した。

「」を使ったフラグメント分子軌道(FMO)計算によって、受容体結合ドメイン(RBD)の変異体と、人の細胞であるアンジオテンシン変換酵素2(ACE2)の「複合体」を詳細に解析。N501Y変異によって結合が強化されるなど、変異がもたらす感染に直接関わる相互作用様態の変化を明らかにしたという。

新型コロナウイルスの感染は、RBDがACE2と相互作用することで起こるものであり、構造変化や相互作用では荷電性残基が重要な働きをしていることを示すとともに、6M0Jと呼ばれる野生株をもとにアミノ酸の置換を行ない、分子モデリングソフトによって、RBDの変異箇所を示してみせた。

立教大学 理学部化学科の望月祐志教授は、「の性能を活用して、変異による相互作用および結合安定化の残基単位の様態変化が詳細に解明できた。安定化の増大は、感染力が増加しているという傍証になる。N501Y変異では、接触面近傍で、RBDとACE2の結合を増強していることがわかった。これは、感染力が増大しているということにも符合している」とし、「FMOによる計算化学的研究が、感染症対策の一助になり得ることを実証した」とも述べた。

N501Y変異は、英国株や南アフリカ株、ブラジル株にもあり、国内における感染が急拡大している。N501Yは、ウイルスのタンパク質の501番目のアミノ酸が、アスパラギン(N)からチロシン(Y)に変異。これによって、スパイクタンパク質が、人の細胞と結合しやすくなるため、感染が拡大しやすい。

今回の研究では、相互作用エネルギーの総和について、界面からの距離依存性について解析。英国株(B.1.1.7株)は界面付近から近距離では1.05倍と安定化が相対的に大きいことがわかったほか、距離が長くなると、南アフリカ株(B.1.351株)と B.1.1.248株(ブラジル株)では安定化が優位となり、全体では結合安定化エネルギーが1.2倍にもなるという。

また、今回の研究では、K417をそのままにして、そこにN501YとE484Kを導入した「変異を人為的に共存させたモデル」についても実験。距離依存により、1.5倍に安定化が増すという結果が出ており、「により、計算化学的な想定実験も行なうことができた」(望月教授)とした。

今後、インド株(B.1.617株)の解析など、新規の変異株も随時解析を行なっていくという。