Forskere, der først simulerede en storstilet virus, M13

Atomistiske simuleringer er et kraftfuldt værktøj til at studere bevægelser og interaktioner mellem atomer og molekyler. I mange biologiske processer, storstilede effekter, for eksempel, samling af store vira til nanopartikler er vigtig. Samlingsprocessen for disse store vira er af fundamental betydning for designet af mange enheder og virale protein-målrettede terapeutika. Imidlertid, tids- og længdeskalaen for disse samlingsprocesser er normalt for store til simuleringer ved molekylær opløsning.

I øvrigt, selvom en stigning i computerkraft giver mulighed for mere komplekse og længere simuleringer, virus strukturer, såsom M13, stadig er uden for rækkevidde. Derfor har en forskergruppe fra Singapore University of Technology and Design (SUTD) og Massachusetts Institute of Technology (MIT) udviklet en procedure, der forbinder storskala montageprocesser med molekylære simuleringer. Assistent Prof Desmond Loke fra SUTD's Science, Matematik og teknologiklynge sagde, "Til simulering af M13, vi startede med forskellige sæt kraftfelter. Egnede kraftfelter blev valgt, og de blev brugt som input til en molekyle dynamik simuleringer med grovkornet model designet til at fange nøglemønsteret i samlingsprocessen."

"Selvom vi ved, at M13-baseret fremstilling grundlæggende kan være drevet af nanopartikel-peptid-interaktioner, hvilket også kan være et nøgleprincip bag M13-type bioteknik, vi har ringe viden om, hvordan gentagne mønstre af short-end-peptider på en M13-overflade faktisk er involveret i disse interaktioner. For at studere dette, Vi skal ideelt set inkludere en fuld struktur af det virale kappeprotein, hvilket er en vanskelig opgave for nuværende state-of-the-art simuleringer af molekylær dynamik, " tilføjer Dr. Lunna Li, første forfatter til artiklen.

Proceduren giver brugerne mulighed for at tilføje forskellige typer nanopartikler til en opløsning, på et realistisk niveau. Inspireret af denne procedure, Adjunkt Loke og hans kolleger var i stand til at simulere en storstilet virus med nanopartikler og inde i en opløsning i halvtreds nanosekunder.

Dr. Li sagde, "Virusstrukturen og -løsningen indeholder omkring 700, 000 atomer samlet." I betragtning af formen og størrelsen af ​​funktionerne, kompleksiteten af ​​denne simulering kan være større end nogen tidligere udført simulering.

"En simulering udført i mikrosekunder ville have været mulig, hvis en mindre M13-model blev brugt, men det kan være umagen værd at reducere tiden til rent faktisk at observere, hvordan den fulde struktur kan påvirke samlingen mellem M13 og nanopartikler, " forklarede assistent prof Loke.