教育新闻网近年来，随着新的生物结构的作用越来越清晰，人类细胞内部的世界变得更加有趣。
长期以来，人们认为细胞中最重要的操作发生在细胞器内。伊利诺伊大学香槟分校伊利诺伊大学物理学教授阿列克谢·阿克西姆捷涅夫(Aleksei Aksimentiev)解释说：“它们在那里发挥某些功能。例如，线粒体会产生一切运转所需的能量。” “它们的共同点是它们被脂质膜包围。人们最近发现，细胞器中没有脂质双层。它们以液滴的形式自发地聚集。这些细胞器具有特殊的功能。 。”
近年来，随着成像能力的提高，这些无膜细胞器的作用，发生和行为变得更加清晰。在2017年，它们被命名为：生物冷凝物。人们认为它们在DNA修复和衰老中起作用，研究人员认为，许多神经系统疾病与凝结液无法正常工作有关，包括肌萎缩性侧索硬化症或ALS，其中神经细胞发生分解，导致肌肉功能丧失。
他解释说：“假设您有DNA，它突然断裂。这通常是一件很糟糕的事，因为它无法复制，但是会有一种机器来修复它。” “冷凝物的气泡奇迹般地仅吸引了修复DNA所需的分子。存在各种不同的冷凝物，它们都以某种方式吸收了正确的分子。”
这些无膜细胞器是如何自发形成的?他们如何招募其他分子来帮助他们?
该过程的物理过程看起来类似于相分离，就像油和水在合适的条件下自发形成液滴的方式一样，但有一些区别。在正常的相分离中，温度通常会促使分离。在生物学中，这是浓度的变化。
阿克西缅捷夫说：“我们不知道它是如何工作的。” “我对这种募集的过程以及分子如何识别其他分子特别感兴趣。”
Aksimentiev正在全球最快的德克萨斯州高级计算中心(TACC)使用Frontera超级计算机，以更好地了解这一过程。在过去的十年中，他和其他人开发了使用分子动力学模拟在原子水平上探索生物系统行为的工具和方法。
Aksimentiev能够在现实环境中模拟具有数百万个相互作用原子的生物系统，其时间为微秒甚至毫秒，这是生物系统运行的时标。当今的超级计算机可以进行更大，更快的仿真，并允许科学家提出和回答新问题。
即使按照该领域的标准，生物凝结物也很难进行计算研究。与其他有序系统(如具有已知刚性结构的蛋白质)或无序系统(如水)不同，生物冷凝物是所谓的“部分无序”(一种特别难以模拟的结构)。
Aksimentiev和研究生Han-Yi Chou于2020年5月在《物理化学快报》上发表文章，描述了Frontera上的粗粒分子动力学模拟，该模拟绘制了相图(该图表示了物质在不同温度条件下的物理状态)和压力)一种特定的生物分子冷凝物-肉瘤(FUS)中融合。FUS是一种核DNA / RNA结合蛋白，调节基因表达的不同步骤，包括转录，剪接和mRNA转运。该研究得到了美国国家科学基金会和美国国立卫生研究院的资助。
研究人员表明，基于粒子的分子动力学模型可以重现FUS冷凝物的已知相分离特性，包括其临界浓度和对突变的敏感性。
他们还表明，他们可以使用链崩溃理论来确定冷凝物的热力学性质，并将其与单个冷凝物分子形状的变化联系起来。
他们发现，具有所有复杂的分子间和分子间相互作用的生物凝析物的行为可以通过聚合物物理模型来描述。这使得计算机建模成为揭示这些仍然神秘的细胞角色的行为的有用工具。
Aksimentiev的研究为将来的研究奠定了基础，该研究将阐明驱动更复杂的生物冷凝物中的液滴形成的分子机制，例如修复RNA的液滴。这项工作是漫长道路上迈出的第一步，可以充分阐明细胞中生物冷凝物的奥秘-慢慢发现的自然界的另一招。
