Zona de forță generală pentru dinamica moleculară granulară

Câmpul de forță Martini permite simulări precise ale dinamicii moleculare a bobului grosier. A treia versiune este descrisă într-o lucrare publicată în Nature Methods. Credit: Clarisse Gravina Ricci

Simularea interacțiunilor dintre atomi și molecule este importantă pentru multe studii științifice. Cu toate acestea, simulările precise pot dura mult timp, ceea ce limitează utilizarea acestora. Pentru a accelera simulările fără a sacrifica prea multe detalii, Siewert-Jan Marrink, profesor de dinamică moleculară la Universitatea din Groningen, a proiectat un set de parametri care permit simulări rapide, dar precise, cu granulație grosieră. Într – o lucrare publicată astăzi (29 martie 2021) în Metode ale naturii, Marrink și asociații săi prezintă a treia versiune a ceea ce este cunoscut sub numele de câmpul de forță Martini.

„Câmpul nostru de forță Martini combină de obicei patru atomi grei și fiecare proton atașat la așa-numita margelă. Utilizatorii pot apoi simula interacțiunile dintre margele, ceea ce reduce numărul de particule din simulare ”, explică Marrink. Reducerea particulelor reduce timpul de calcul la trei ordine de mărime. “Vă permite să simulați procese mai lungi, pentru o perioadă de milisecunde decât microsecundele, sau să simulați molecule mai mari sau mai multe.”

Precizie Câmpul de forță Martini – denumit după Martin de Tours, orașul patronului Groningen și omonimul celei mai mari biserici, dar cu o puternică mișcare a celebrului cocktail – a fost folosit de mai bine de un deceniu și a fost primul dezvoltat Pull pentru a simula membranele lipidice. „Primul document științific care menționează câmpul de forță Martini datează din 2007, când a apărut a doua versiune.” Până acum a strâns peste patru mii de citate.

Un câmp de forță este un set de parametri care trebuie utilizați într-un program de simulare a dinamicii moleculare. precizie a rezultatului depinde de modul în care sunt determinați parametrii care determină interacțiunile dintre vertebre. În noua versiune, aceste interacțiuni au fost recalibrate cu date de referință mult mai multe decât versiunea anterioară. „Folosind câmpul de forță în sine și prin feedback-ul pe care l-am primit de la utilizatori, am descoperit unde se pot face îmbunătățiri”, explică Marrink. Mulți feedback îi vin prin intermediul platformei active pentru utilizatori pe care echipa sa de cercetare o menține online.

Siewert-Jan Marrink

Acesta este Siewert-Jan Marrink, profesor de dinamică moleculară la Universitatea din Groningen. El a proiectat un set de parametri care permit simulări rapide, dar precise, cu cereale grosiere. Într-o lucrare publicată pe 29 martie în Nature Methods, Marrink și colaboratorii săi prezintă a treia versiune a ceea ce este cunoscut sub numele de câmpul de forță Martini. Credit: Universitatea din Groningen

Știința materialelor Primul autor al lucrării, Dr. Paulo CT Souza, care este cercetător postdoctoral în grupul Marrink, lucrează de patru ani la recalibrarea parametrilor. „Pentru această slujbă, trebuie să înțelegeți cum este unit câmpul de forță, dar aveți nevoie și de intuiție biologică și chimică și de un background bun în fizică. “Paulo are totul.”

Noua versiune este un câmp general de forță care poate fi utilizat pentru simulări de materii moi, cum ar fi membranele lipidice, proteinele, polimerii și ADN. „Câmpul de forță original a fost dezvoltat pentru moleculele biologice, dar este, de asemenea, utilizat din ce în ce mai mult în știința materialelor”. Simulațiile bazate pe forța Martini sunt folosite pentru a explica rezultatele experimentale, pentru a prezice interacțiunile și comportamentul aparent între molecule și ca sistem cu randament ridicat pentru a evalua, de exemplu, interacțiunile medicamentoase care conduc la site-uri de legare. Ca și în cazul predecesorului său, este posibil să se proiecteze rezultatele simulărilor bazate pe Martini 3 pe simulări atomice. „Vă permite să măriți interacțiunile interesante.”

Scopul final A treia ediție a Martini poate fi descărcată gratuit de pe site-ul Martini. „Vrem ca această zonă de forță să fie disponibilă pentru toată lumea din comunitatea de cercetare”, spune Marrink. „Să-l pun în spatele unui paravan de plată ar fi posibil, dar nu asta vreau eu. „Martini a fost dezvoltat ca un proiect academic, nu unul comercial”.

Actualizarea la Martini 3 a durat aproximativ 10 ani. Și Marrink și asociații săi sunt dornici să-i exploreze potențialul. „Următorul pas în cercetarea noastră în domeniul forței este îmbunătățirea în continuare a modelelor pentru biomolecule în general, cum ar fi lipidele, proteinele, zaharurile și nucleotidele, folosind noii parametri Martini 3. Obiectivul nostru final este să putem simula un întreaga celulă la o rezoluție moleculară în următorii cinci ani. “

Impact O dezvoltare viitoare este de a include reacții chimice în câmpul de forță. „Reacțiile chimice schimbă natura moleculelor, dar nu implică zone de forțe existente. Reacțiile necesită calcule mecanice cuantice, care consumă mult timp. Vrem să facem o alternativă mai rapidă și mai îndrăzneață. Un ultim element pe lista de dorințe Martini 4 este includerea modificărilor de aciditate.

Dar, deocamdată, Marrink se bucură de lansarea Martini 3 și este interesat să vadă cum va avea impact asupra comunității de modelare. “Ne asteptam ca aceasta va afecta cu siguranta stiinta de baza in multe domenii, de la biofizica la dezvoltarea medicinii si stiinta materialelor”.

Site-ul Martini Forcefield și comunitatea utilizatorilor: http: // cgmartini.nl /

Referințe: Paulo CT Souza, Riccardo Alessandri, Jonathan Barnoud, Sebastian Thallmair, Ignacio Faustino, Fabian Grunewald, Ilias Patmanidis, Haleh Abdizadeh, Bart MH Bruininks, Tsjerk A. Wassenaar, Peter C. Kroon, Josef Melcr, Vincent N, Jan Doma? Ski, Matti Javanainen, Hector Martinez-Seara, Nathalie Reuter, Robert B. Best, Ilpo Vattulainen, Luca Monticelli, Xavier Periole, D. Peter Tieleman, Alex H. de Vries, Siewert J. Marrink: Martini 3: a field of force scop general pentru dinamica moleculară groasă-groasă, 29 martie 2021, Metode ale naturii.
DOI: 10.1038 / s41592-021-01098-3

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.