Физики разрабатывают программное обеспечение для моделирования для изучения биологических мембран на мезомасштабе

Исследователи из Института Нильса Бора, Копенгагенского университета и Университета Южной Дании недавно опубликовали FreeDTS — общий пакет программного обеспечения, предназначенный для моделирования и изучения биологических мембран на мезоуровне — масштабе «между» большим макроуровнем и меньшим микроуровнем.

Это программное обеспечение заполняет важное недостающее программное обеспечение среди доступных инструментов биомолекулярного моделирования и позволяет моделировать и понимать множество различных биологических процессов, включающих клеточные мембраны, например, деление клеток.

Форма мембраны содержит информацию о физиологическом состоянии клетки и общем состоянии здоровья организма, поэтому этот новый инструмент с широким спектром применений улучшит наше понимание поведения клеток и откроет пути для диагностики инфекций и заболеваний, таких как болезнь Паркинсона.

О публикации FreeDTS теперь сообщается в Природные коммуникации.

Предоставление мощного инструмента, который мог бы дать NBI преимущество. Почему?

Программный пакет Верия Пезешкиан из Института Нильса Бора, над которым он работал последние пять лет, после того, как он и Джон Ипсен из Университета Южной Дании поделились первоначальной идеей, открыт для использования каждым исследователем в этой области.

Обычно конкуренция за достижение научных результатов высока, а достижения науки держатся в секрете до момента публикации, поэтому это действительно кажется очень щедрым отношением. Настолько щедро, что может показаться немного наивным.

«Это странная смесь уважения к «пионерам» области биомолекулярного моделирования и того факта, что эта область предлагает так много вопросов без ответов, что было бы почти неуважительно по отношению к научному сообществу оставить этот инструмент при себе», — объясняет Пезешкиан.

«Существует так много вопросов и узких мест, которые нужно решить для достижения конечных целей, что маловероятно, что мы будем работать над одними и теми же проблемами. Однако время от времени случаются совпадения, и это оправданная цена, которую мы платим за продвижение в этой области.

«Но есть и другой аспект: одна из причин, по которой наше сообщество, сообщество биомолекулярного моделирования и моделирования, добилось такого всплеска популярности и быстрого роста, заключается в том, что мы всегда стремились вовлечь больше людей в игру и делиться идеями. результаты и методы и часто прямая помощь, не ожидая немедленной личной выгоды.

«Эта культура была создана первыми пионерами в этой области, например, поздними, которые всегда продвигали этот подход к обмену информацией и привлечению людей, поэтому в этом отношении мы в значительной степени стоим на плечах гигантов».

Биологические мембраны — что они на самом деле?

Когда вы рассматриваете клетку, вы можете представить себе множество маленьких «фабрик» внутри, называемых органеллами, которые делают свое дело, окруженные мембраной.

Клетка также окружена мембраной, называемой плазматической мембраной. Но мембраны — это не просто пограничная поверхность. Они активно участвуют во многих процессах. Они состоят из множества различных молекул, динамичны и постоянно находятся в движении.

Многие заболевания связаны с неправильной формой мембран и аномальной биомолекулярной организацией, поэтому изучение мембран может помочь нам понять состояние клетки и общее состояние здоровья организма. Например, когда у нейрона повышается пиковая активность, что указывает на более высокую потребность в энергии, структура митохондрий, органелл, ответственных за выработку клеточных энергетических пакетов из пищи (часто называемых «энергетической станцией клетки»), претерпевает изменения.

Более того, некоторые заболевания, например, болезнь Альцгеймера, связаны с изменениями формы митохондриальных мембран.

Компьютерные модели улучшат наши возможности в области диагностики

«Пока мы не можем точно понять, каковы точные причины изменений формы мембран и как они именно связаны с диагностикой определенного заболевания. Но в какой-то момент, в будущем, метод проб и ошибок сработает. Лаборатория станет минимальной, потому что моделирование будет направлять эксперименты с невообразимой точностью, поскольку наше моделирование становится более точным, а возможности вычислительных возможностей возрастают.

«Нам потребуется много корректировок, и нам еще предстоит пройти долгий путь, поэтому очень приятно работать в этом сообществе обмена информацией, потому что мы все работаем над разными его аспектами», — объясняет Пезешкиан.

«Вероятно, это слишком затягивает, но, возможно, в будущем, визуализируя, например, наши митохондрии и используя основанное на физике компьютерное моделирование, мы сможем сказать: «У этого человека есть это заболевание с этим конкретным генетическим дефектом». Итак, Перспективы компьютерного моделирования довольно велики — мы еще не достигли этого, но уже видим это на горизонте».