Hoe eiwitten en viruscapsiden - complexe eiwitstructuren die het genetisch materiaal van virussen omhullen - structuren vormen in de buurt van een fluctuerend membraan, wordt door natuurkundige Richard Matthews gesimuleerd met geavanceerde computationele technieken. Matthews doet onderzoek als Lise-Meitner-Fellow in de Computational Physics Group van de Universiteit van Wenen onder leiding van Christos Likos, hoogleraar Multiscale Computational Physics. De resultaten zijn relevant voor het begrip van biofysische processen en verschijnen in het huidige nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

"In ons huidige artikel presenteren we nieuwe computationele resultaten die onderzoeken hoe membranen cruciale biologische processen kunnen beïnvloeden", legt Richard Matthews uit, Lise-Meitner-Fellow van de Universiteit van Wenen en eerste auteur van de studie. De focus van het onderzoek is de zelfassemblage van microscopisch kleine deeltjes, de vorming van structuren of patronen zonder menselijke tussenkomst. Specifieker, het effect van de interacties tussen membranen en eiwitten, die de vorming van geordende structuren in cellen kunnen beïnvloeden, wordt overwogen.

Zelfmontage is de laatste jaren een hot topic geworden. Veel van de meest verbazingwekkende voorbeelden zijn te vinden in de natuur, van minuscule motortjes (bijvoorbeeld de flagellummotor) tot viruscapsiden met perfecte bolvormen. Veel onderzoekers hebben ook geprobeerd ons begrip te verbeteren door de assemblage van dergelijke structuren met modellen weer te geven. Om helder inzicht te krijgen verdient het de voorkeur dat deze modellen zo eenvoudig mogelijk zijn. Deze benadering is zeer succesvol geweest in het reproduceren van de belangrijkste kenmerken van experimenten, en tegelijkertijd nieuwe aspecten aan het licht te brengen. In werkelijkheid, deze processen staan ​​niet op zichzelf en, in feite, veel gebeuren op, of in de buurt van membranen, een feit dat eerder werd verwaarloosd bij de constructie van eenvoudige modellen.

Geavanceerde simulatietechnieken

Het onderzoek heeft tot doel de algemene eigenschappen van deze fascinerende systemen te achterhalen door toepassing van state-of-the-art simulatietechnieken. Hiervoor moet alles op een computer worden berekend. Vanwege de complexiteit van de taak, high-performance computers zijn noodzakelijk. "In ons werk hebben we geavanceerde simulatietechnieken toegepast, waardoor we konden zien hoe interacties met een membraan de zelfassemblage beïnvloeden", legt Richard Matthews uit. "We hebben vastgesteld dat membranen zelfassemblage bevorderen en hebben ook ontdekt dat ons model structuren reproduceert die erg lijken op die in de natuur."