耦合量子力学模型与异构超级计算机上的分子动力学用于研究 HIV-1 药物结合中的远端突变效应
化学物理
2026-03-30 v1
摘要
预测蛋白质突变如何影响药物结合仍是一大挑战，尤其当这些突变位于结合位点较远处时。本研究引入一种耦合仿真工作流程，将长时间尺度的分子动力学（MD）与高通量量子力学（QM）分析相结合，以揭示 HIV-1 蛋白酶中突变诱导的药物抗性的电子结构特征。我们的工作流程利用 GPU 加速的 MD 生成构象集合，并在选定的帧上在 CPU 节点上的耦合分区上执行原位线性规模密度泛函理论（DFT）计算。这种设计实现了对蛋白-配体复合物在原子分辨率下的高效、大规模量子分析。通过这一方法，我们研究了抗病毒药达沃宾（Darunavir）在多突变 HIV-1 蛋白酶变体中的抗性。通过绘制结合界面上电子相互作用网络，我们的结果突出了构象抽样和量子洞察在理解远端突变效应中的关键作用，并展示了一种可扩展的计算策略，用于研究药物抗性的复杂生物物理机制。我们认为，这类分析可能为设计能够维持对系统性、突变诱导失稳性的稳定结合的抑制剂提供道路。
引用
@article{arxiv.2603.26411,
title = {Coupling Quantum Mechanical Modeling and Molecular Dynamics on Heterogeneous Supercomputers for Studying Distal Mutation Effects on Drug Binding in HIV-1},
author = {William Dawson and Louis Beal and Marco Zaccaria and Luigi Genovese},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.26411},
year = {2026}
}
备注
22 pages, 11 figures