Atomistiska simuleringar är ett kraftfullt verktyg för att studera rörelser och interaktioner mellan atomer och molekyler. I många biologiska processer, storskaliga effekter, till exempel, montering av stora virus till nanopartiklar är viktigt. Sammansättningsprocesserna för dessa stora virus är av grundläggande betydelse för utformningen av många enheter och virala proteininriktade terapier. Dock, tids- och längdskalan för dessa monteringsprocesser är vanligtvis för stora för simuleringar vid molekylär upplösning.

Dessutom, även om en ökning av datorkraft möjliggör mer komplexa och längre simuleringar, virusstrukturer, som M13, är fortfarande utom räckhåll. Det är därför en forskargrupp från Singapore University of Technology and Design (SUTD) och Massachusetts Institute of Technology (MIT) har utvecklat en procedur som kopplar samman storskaliga monteringsprocesser till molekylära simuleringar. Assistent Prof Desmond Loke från SUTD:s Science, Mathematics and Technology kluster sa, "För simuleringen av M13, vi började med olika uppsättningar kraftfält. Lämpliga kraftfält valdes och de användes som indata för en molekyldynamiksimulering med grovkornsmodellen designad för att fånga nyckelmönster i monteringsprocessen."

"Medan vi vet att M13-baserad tillverkning i grunden kan drivas av nanopartikel-peptidinteraktioner, vilket också kan vara en nyckelprincip bakom M13-typ bioteknik, vi har liten kunskap om hur upprepade mönster av kortändiga peptider på en M13-yta faktiskt är involverade i dessa interaktioner. För att studera detta, Vi måste helst inkludera en fullständig struktur av det virala höljeproteinet, vilket är en svår uppgift för nuvarande toppmoderna simuleringar av molekylär dynamik, " tillägger Dr Lunna Li, artikelns första författare.

Proceduren tillåter användare att lägga till olika typer av nanopartiklar till en lösning, på en realistisk nivå. Inspirerad av denna procedur, Adjunkt Loke och hans kollegor kunde simulera ett storskaligt virus med nanopartiklar och inuti en lösning i femtio nanosekunder.

Dr Li sa, "Virusstrukturen och lösningen innehåller cirka 700, 000 atomer totalt." Med tanke på formen och storleken på funktionerna, komplexiteten i denna simulering kan vara större än någon simulering som utförts tidigare.

"En simulering utförd på mikrosekunder skulle ha varit möjlig om en mindre M13-modell användes, men det kan vara värt att minska tiden för att faktiskt observera hur hela strukturen kan påverka sammansättningen mellan M13 och nanopartiklar, " förklarade biträdande prof Loke.