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      在擁擠的細(xì)胞環(huán)境中的奇怪行為
      
			
      
				2019-01-11 10:40:36
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			  來(lái)源：
			
      
		
      
				
		
      
			
      來(lái)自RIKEN和密歇根州立大學(xué)的一組研究人員使用功能強(qiáng)大的K計(jì)算機(jī)來(lái)展示分子如何在極其擁擠的細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部移動(dòng)。體外研究 - 在試管中進(jìn)行的研究 - 讓我們非常了解分子如何相互作用。然而，對(duì)于它們?nèi)绾卧隗w內(nèi) - 在實(shí)際細(xì)胞中相互作用 - 知之甚少，因?yàn)橛捎趽頂D，它們可以基于難以在試管中建模的方式起作用。大約70%的細(xì)胞質(zhì)由水組成，剩下的30%由大分子組成，如核糖體，生物分子如蛋白質(zhì)和DNA，代謝物如ATP和氨基酸，以及離子。
      

      在擁擠的細(xì)胞環(huán)境中的奇怪行為
      

      對(duì)于在eLife上發(fā)表的研究，該小組模擬了已知最小的細(xì)菌 - 生殖支原體的內(nèi)部 - 其長(zhǎng)度約為400納米 - 一納米是十億分之一米 - 并動(dòng)態(tài)模擬細(xì)胞內(nèi)約一萬(wàn)億個(gè)原子，使這成為迄今為止進(jìn)行的最大的分子動(dòng)態(tài)模擬之一。模擬用GENESIS進(jìn)行，GENESIS是RIKEN開(kāi)發(fā)的大規(guī)模平行分子動(dòng)力學(xué)程序。盡管超級(jí)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，計(jì)算使用了K計(jì)算機(jī)的65,536個(gè)處理核心，但仍需要幾個(gè)月才能完成。
      

      該研究的結(jié)果質(zhì)疑了流行的假設(shè)，即在擁擠的細(xì)胞環(huán)境中，分子之間的相互作用主要受稱(chēng)為“體積排斥效應(yīng)”的現(xiàn)象所控制，這意味著分子獨(dú)占一定體積的溶劑 - 在此案例水 - 在他們周?chē)慕鉀Q方案，防止其他分子占據(jù)該空間。相反，模擬發(fā)現(xiàn)其他相互作用 - 例如帶電分子之間的靜電 - 起主要作用。
      

      該研究的第一作者RIKEN iTHES的Isseki Yu說(shuō)：“這項(xiàng)工作向我們證明了體外條件和細(xì)胞內(nèi)體內(nèi)條件之間存在重大差異。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超出'體積排斥的相互作用的證據(jù)效應(yīng)'，包括蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)相互作用以及與離子和代謝物的靜電相互作用。這些需要在解釋體外研究時(shí)付諸實(shí)施。“
      

      根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)人Yuji Sugita表示，“該研究團(tuán)隊(duì)在iTHES以及RIKEN定量生物學(xué)中心和RIKEN計(jì)算科學(xué)高級(jí)研究所擁有實(shí)驗(yàn)室”，這項(xiàng)研究使我們更接近模擬a的夢(mèng)想。這項(xiàng)工作也將有助于藥物開(kāi)發(fā)，因?yàn)橹暗难芯客ǔＱ芯康鞍踪|(zhì)與水中單一候選化合物之間的相互作用?，F(xiàn)在，我們將能夠分析候選化合物與其他化合物之間的相互作用。擁擠的細(xì)胞環(huán)境中的分子。“ 杉田繼續(xù)說(shuō)，“這項(xiàng)研究的一個(gè)限制是，由于所需的巨大計(jì)算能力，我們只能進(jìn)行短時(shí)間的模擬。我們相信它仍然是準(zhǔn)確的，
      

      密歇根州立大學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Michael Feig也是RIKEN定量生物學(xué)中心的負(fù)責(zé)人，他表示，“這項(xiàng)工作向原型細(xì)節(jié)建模整個(gè)細(xì)胞邁出了一大步，最終將我們連接起來(lái)。在分子水平上了解細(xì)胞水平的生物學(xué)功能。“
      
			

			
        
      
			
      
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