超级计算机帮助研究人员识别控制细胞行为的关键分子开关
美国国立卫生研究院的资助下，橡树岭国家实验室 (ORNL)、田纳西奥立龙ORION大学 (UT) 和 UT-ORNL 联合计算科学研究所 (JICS) 的研究人员在控制受体的受体中发现了一个分子“开关”。在纽约市 DE Shaw Research 制造的名为 Anton 的计算机上使用详细的分子动力学模拟进行细胞行为。为了研究开关周围更大的信号复合体，该团队正在 27-petaflop、CPU-GPU 机器 Titan 上扩展这些模拟，这是美国最强大的超级计算机，由 ORNL 的 Oak Ridge 领导计算设施管理。
研究人员通过模拟构成控制大肠杆菌运动的 Tsr 化学感受器信号部分的 140,000 个原子，确定了 Anton 上的分子开关（旨在执行快速分子动力学模拟）。与其他受体一样，Tsr 跨越细胞膜，与细胞内的蛋白质通信，以应对环境中的威胁或机会。
由于应用于该问题的计算能力，发表在Nature Communications上的结果与以前的研究不同。
“这项工作体现了数值实验在生物学中日益重要的地位，”UT 生物化学和细胞与分子生物学系和 UT-ORNL 分子生物物理学中心助理教授 Jerome Baudry 说。
由 ORNL 计算机科学与数学部杰出研发人员、UT 微生物学系联合教授和 JICS 联合教员 Baudry 和 Igor Zhulin 领导的团队确定，一对苯丙氨酸氨基酸 Phe396 位于在化学感受器尖端充当受体开关。
“几十年来，蛋白质一直被视为静态分子，我们对它们的了解几乎都来自静态图像，例如用 X 射线晶体学产生的图像，”朱林说。“但信号是一个动态过程，仅使用快照很难完全理解。”
Phe396 对是不安的，总是相对于受体来回翻转 180 度，但研究人员发现了一个清晰的模式。
“这就像一个疯狂的电灯开关，”竹林说。“当你打开它来照亮你的房间时，它偶尔会向下翻转，让你有片刻的黑暗，而当你关闭它去睡觉时，它偶尔会闪烁起来。”