物理學家開發建模軟體來診斷嚴重疾病

尼爾斯玻爾研究所、哥本哈根大學和南丹麥大學的研究人員最近發布了 FreeDTS，這是一個共享軟體包，旨在模擬和研究介觀尺度的生物膜，介觀尺度「介於」較大的宏觀水平和較小的微觀水平之間。等級。

該軟體填補了現有生物分子建模工具中一個重要的缺失軟體，並能夠建模和理解涉及細胞膜的許多不同生物過程，例如細胞分裂。

膜形狀包含有關細胞生理狀態和生物體整體健康狀況的信息，因此這種新工具及其廣泛的應用將增強我們對細胞行為的理解，並為診斷感染和帕金森病等疾病開闢途徑。

FreeDTS 的發表現已在 Nature Communications 上報道。

分享一個可以為 NBI 提供優勢的強大工具。 為什麼？

尼爾斯·玻爾研究所 (Niels Bohr Institute) 的 Weria Pezeshkian 軟體包在他和南丹麥大學的 John Ipsen 共同提出初步想法後，在過去 5 年裡一直致力於開發，現已共享，可供該領域的每位研究人員使用。

通常，獲得科學成果的競爭非常激烈，科學進步在發表之前都是保密的——所以這確實是一種非常慷慨的態度。 如此慷慨，可能會顯得有點天真。

Weria Pezeshkian 解釋說，這是對生物分子建模領域「先驅」的尊重和該領域提供了如此多未解答的問題的事實的奇怪結合，以至於將工具保留給我們自己似乎是對科學界的不尊重。

「為了實現最終目標，有太多的問題和瓶頸需要解決，我們不太可能解決完全相同的問題。然而，偶爾會出現重疊，這是我們為推進該領域而付出的值得的成本。

但還有另一個方面：我們的社區（生物分子模擬和建模社區）如此受歡迎並快速增長的原因之一是我們一直努力讓更多的人參與遊戲並分享想法和結果和方法，並且經常提供直接援助，而不期望立即獲得個人利益。

致謝赫爾曼·貝倫德森

Herman Berendsen（1934-2019）是格羅寧根大學（RUG）的物理化學教授。 他尤其以對分子建模領域的貢獻以及將模型轉化為可訪問的應用程序的奉獻精神而聞名。

貝倫森因其非等級制和開放的方法而受到特別讚揚。 這不僅在他的研究所本地（他因幫助團隊中的年輕研究人員而聞名），而且在更廣泛的科學界也如此。 他對計算機模擬應用做出了貢獻，這些應用至今仍被廣泛用於研究生物分子的動力學。 這方面的例子有他的 SPC（簡單點電荷）模型，用於模擬液態水； 以及「Berendsen」恆溫器和恆壓器，用於在模擬過程中保持溫度和壓力恆定。

此外，他還組織了一系列研討會，該領域的先驅者齊聚一堂，討論和分享他們的最新發現。

Berendsen 仍然是 RUG 被引用最多的學者之一。 他的工作的適用範圍遠遠超出了物理化學領域，還被數學家、計算機科學家、分子生命科學家以及醫學應用的開發所使用。

生物膜——它們到底是什麼？

當你考慮一個細胞時，你可以想像裡面有很多小「工廠」，稱為細胞器，在做自己的事情——被膜包圍。

細胞還被稱為質膜的膜包圍。 但膜不僅僅是一個邊界表面。 他們積极參与許多進程。 它們由無數不同的分子組成，並且它們是動態的，一直在運動。

許多疾病都與不規則的膜形狀和異常的生物分子組織有關，因此膜的研究可以幫助我們了解細胞的狀態和生物體的整體健康狀況。 例如，當神經元的尖峰活動增加時，表明能量需求更高，線粒體（負責從食物中產生細胞能量包的細胞器（通常被稱為細胞的動力室））的結構就會發生變化。

此外，某些疾病，例如阿爾茨海默病，與線粒體膜形狀的變化有關。

計算機模型將提高我們的診斷能力

「目前，我們還無法確切地了解膜形狀變化的確切原因是什麼，以及它們與某種疾病的診斷有何確切關係。但在未來的某個時候，嘗試和錯誤將在實驗室將變得最小，因為隨著我們的建模變得更加精確並且計算選項的能力不斷增強，建模將以難以想像的精度指導實驗。

我們需要進行大量調整，而且還有很長的路要走，因此在這個共享社區中工作真的很棒，因為我們都在不同方面進行工作」Weria Pezeshkian 解釋道。

韋里亞繼續警告道：「這可能有點過分了，但在未來，通過對我們的線粒體進行成像並利用基於物理的計算機模擬，我們也許可以說：這個人患有這種疾病「由於這種特定的遺傳缺陷。因此，計算模型的前景相當廣闊——我們還沒有達到這一目標，但我們可以看到它的出現。」