Atomistische simulaties zijn een krachtig hulpmiddel om de beweging en interacties van atomen en moleculen te bestuderen. Bij veel biologische processen grootschalige effecten, bijvoorbeeld, assemblage van grote virussen tot nanodeeltjes zijn belangrijk. De assemblageprocessen van deze grote virussen zijn van fundamenteel belang voor het ontwerp van veel apparaten en op virale eiwit gerichte therapieën. Echter, de tijd- en lengteschaal van deze assemblageprocessen zijn meestal te groot voor simulaties met moleculaire resolutie.

Bovendien, hoewel een toename van de rekenkracht complexere en langere simulaties mogelijk maakt, virusstructuren, zoals M13, zijn nog steeds buiten bereik. Daarom heeft een onderzoeksgroep van de Singapore University of Technology and Design (SUTD) en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) een procedure ontwikkeld die grootschalige assemblageprocessen koppelt aan moleculaire simulaties. Assistent Prof Desmond Loke van SUTD's Science, Wiskunde en Technologie cluster zei:"Voor de simulatie van M13, we begonnen met verschillende sets van krachtvelden. Er werden geschikte krachtvelden gekozen en deze werden gebruikt als input voor een molecuuldynamica-simulatie met het grofkorrelige model dat is ontworpen om het sleutelpatroon van het assemblageproces vast te leggen."

"Hoewel we weten dat op M13 gebaseerde productie fundamenteel kan worden aangedreven door nanodeeltjes-peptide-interacties, wat ook een sleutelprincipe kan zijn achter bio-engineering van het type M13, we hebben weinig kennis van hoe herhaalde patronen van korte-end-peptiden op een M13-oppervlak daadwerkelijk betrokken zijn bij deze interacties. Om dit te bestuderen, we moeten idealiter een volledige structuur van het virale manteleiwit opnemen, wat een moeilijke taak is voor de huidige state-of-the-art moleculaire dynamica-simulaties, " voegt dr. Luna Li toe, eerste auteur van het artikel.

De procedure stelt gebruikers in staat om verschillende soorten nanodeeltjes toe te voegen aan een oplossing, op een realistisch niveau. Geïnspireerd door deze procedure, Universitair docent Loke en zijn collega's konden een grootschalig virus met nanodeeltjes en in een oplossing gedurende vijftig nanoseconden simuleren.

Dr. Li zei, "De virusstructuur en -oplossing bevatten ongeveer 700, 000 atomen in totaal." Gezien de vorm en grootte van de kenmerken, de complexiteit van deze simulatie kan groter zijn dan elke eerder uitgevoerde simulatie.

"Een simulatie uitgevoerd in microseconden zou mogelijk zijn geweest als een kleiner M13-model was gebruikt, maar het kan de moeite waard zijn om de tijd te verminderen om daadwerkelijk te observeren hoe de volledige structuur de assemblage tussen de M13 en nanodeeltjes kan beïnvloeden, " verklaarde assistent-prof Loke.