Quand les molécules réagissent : un nouveau logiciel permet de visualiser les processus biologiques en mouvement
KIMMDY pourrait nous aider à mieux comprendre les processus biologiques et chimiques à l'avenir
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De la production d'énergie aux modifications génétiques, les molécules sont constamment en mouvement dans les cellules biologiques. Toutefois, il est extrêmement difficile d'étudier expérimentalement ces processus, qui se produisent sur des échelles de temps et de longueur très petites. Pour surmonter ces difficultés, une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères, dirigée par Frauke Gräter, a mis au point une nouvelle méthode de simulation. Cette méthode fonctionne extrêmement rapidement et permet de prédire les processus chimiques dans les cellules avec une grande précision.
Les réactions chimiques sont le moteur de la vie. Elles permettent aux cellules d'obtenir de l'énergie, aux protéines de remplir leurs fonctions et à l'ADN de se modifier dans certaines conditions. Cependant, nombre de ces processus se produisent à des échelles extrêmement réduites - si petites et si rapides qu'il est difficile de les observer directement par des expériences.
C'est pourquoi les chercheurs utilisent depuis des années des simulations informatiques pour étudier le comportement des molécules. Cependant, une propriété importante a été négligée jusqu'à présent afin de maintenir les simulations dans les limites de ce qui est faisable sur les superordinateurs actuels : Alors que les molécules se déplacent de manière réaliste dans de nombreuses simulations, les liaisons chimiques ne peuvent pas se rompre ou se reformer.
Une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères (MPI-P) à Mayence a maintenant mis au point une méthode pour surmonter cette limitation. Le nouveau logiciel KIMMDY (abréviation de KInetic Monte Carlo MolecularDYnamics) combine différentes approches informatiques et utilise des méthodes d'apprentissage automatique pour calculer où et quand les réactions chimiques peuvent se produire.
Cela nous permet non seulement de suivre la façon dont les molécules se déplacent, mais aussi la façon dont elles réagissent entre elles", explique le professeur Frauke Gräter, directeur du département "Mécanique biomoléculaire" au MPI-P. "Cela ouvre la voie à une meilleure compréhension des réactions chimiques. "Cela ouvre de toutes nouvelles possibilités d'étudier des processus biologiques complexes sur un ordinateur".
La nouvelle méthode permet de simuler de très grands systèmes moléculaires, tels que des protéines ou de l'ADN dans leur environnement naturel, tout en suivant des chaînes de réaction dans lesquelles une étape chimique déclenche la suivante. Ces processus jouent un rôle dans de nombreux contextes biologiques, tels que les dommages causés aux biomolécules ou les modifications chimiques au sein des protéines ou de l'ADN.
Pour démontrer les capacités de la méthode, les chercheurs ont examiné plusieurs exemples tirés de la biologie. En simulant le collagène, une protéine essentielle à la stabilité de notre peau, de nos os et de nos tissus conjonctifs, ils ont pu suivre la façon dont les fragments moléculaires réactifs migrent à travers la protéine et s'accumulent sur des sites spécifiques. Les dommages causés à l'ADN, tels que ceux provoqués par les rayons UV, peuvent également être étudiés.
La nouvelle méthode se distingue par le fait qu'elle permet de calculer des systèmes comportant des millions d'atomes plus efficacement que les approches concurrentes. Cela signifie que KIMMDY pourrait nous aider à mieux comprendre les processus biologiques et chimiques à l'avenir. En même temps, KIMMDY ouvre de nouvelles possibilités pour l'interprétation des résultats expérimentaux et la planification de nouvelles expériences.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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