天河新一代超级计算机揭示新冠病毒Omicron变异株特性

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2020年来，由新型冠状病毒引起的新冠肺炎疫情在全球持续蔓延。截至2021年12月末，全球累计病例已超2.8亿，死亡人数超540万。国内疫情虽已得到有效控制，但不断出现的新冠病毒变异株，给疫情防控、疫苗和药物研发带来了严峻挑战。

2021年11月24日，南非政府首次向世界卫生组织（WHO）报告B.1.1.529变异株，11月26日，WHO将其定性为最高级别的“值得关切的变异株（VOC）”，命名为Omicron。Omicron变异株在刺突蛋白（Spike）上拥有30余个突变，远超其他VOC变异株，Omicron刺突蛋白上的众多突变是否会使其取代Delta变异株而成为下一个占优势地位的变异株备受关注。因此，十分有必要研究Omicron刺突蛋白上的突变对其感染宿主和免疫逃逸能力的实际影响。

基于国家超级计算天津中心的天河新一代超级计算机，国防科技大学计算机学院天河团队联合中科院上海药物所徐志建/朱维良课题组、宫丽崑课题组，开展了大规模分子动力学模拟，并结合实验研究Omicron刺突蛋白上的突变对其感染宿主和免疫逃逸能力的实际影响。2022年1月5日，其成果以“SARS-CoV-2 Omicron RBD shows weaker binding affinity than the currently dominant Delta variant to human ACE2”为题，发表在Signal Transduction and Targeted Therapy。

中科院上海药物所硕士研究生吴乐云、博士研究生周丽萍、工程师刘婷婷，国防科技大学计算机学院工程师莫孟霞和吴诚堃副研究员为论文共同第一作者，中科院上海药物所徐志建副研究员、朱维良研究员和宫丽崑研究员为通讯作者，国防科技大学计算机学院龚春叶副研究员和卢凯研究员为论文的共同作者。

应用成果

计算仿真模拟发现，Omicron变异株突刺蛋白上的受体结合域（RBD）与宿主细胞上的受体蛋白ACE2的结合能力与野生型相当，但弱于Delta变异株，该模拟结果与基于ELISA实验方法测定的结果相吻合。

此外，研究团队还通过计算仿真预测了野生型、Delta、Omicron三种变异株与3个上市抗体（Etesevimab、Bamlanivimab、Regdanvimab）和2个临床阶段的抗体（BD-368-2、Bebtelovimab）结合自由能。结果显示，Omicron变异株对现有单克隆抗体存在很高的免疫逃逸风险。

 (a) Delta和Omicron变异株在RBD上的突变；(b)宿主ACE2蛋白与RBDWT、RBDDelta和RBDOmicron的结合自由能；(c) 宿主ACE2蛋白与RBDWT、RBDDelta和RBDOmicron的亲和力常数；(d) 单克隆抗体mAbs与RBDWT、RBDDelta和RBDOmicron的结合自由能；(e) RBD上Delta和Omicron变异株突变位点的残基能量贡献。

上述研究工作得到了上海市自然基金委、国家重点研发计划以及天河新一代超级计算机等项目的资助。论文的大规模分子动力学模拟工作得到了国家超级计算天津中心的大力支持。