另一个马提尼更好的模拟:粗粒度分子动力学的通用力场

马提尼力场

马提尼力场允许精确的粗颗粒分子动力学模拟。发表在《自然方法》(Nature Methods)杂志上的一篇论文描述了第三个版本。资料来源:克拉丽斯·格拉维娜·里奇

模拟原子和分子之间的相互作用对许多科学研究很重要。然而,精确的模拟可能需要很长时间,这限制了它们的使用。为了在不牺牲太多细节的情况下加快模拟速度,格罗宁根大学(University of Groningen)的分子动力学教授Siewert-Jan Marrink设计了一组参数,允许快速但准确的粗粒度模拟。在今天(2021年3月29日)发表的一篇论文中自然方法, Marrink和他的同事们展示了第三个被称为马提尼力场的版本。

“我们的马提尼力场通常将四个重原子和任何附加的质子结合成一个所谓的珠子。用户可以模拟珠子之间的相互作用,这就减少了模拟中的粒子数量,”Marrink解释道。粒子的减少将计算时间减少了多达三个数量级。“这可以让你模拟更长的过程,在毫秒而不是微秒的周期内,或者模拟更大或更多的分子。”

准确性之旅——命名马丁马提尼力场,格罗宁根市的守护神,name-giver最大的教堂,但是公司向著名的鸡尾酒——已经使用了超过十年,最初是由Marrink模拟脂质膜。“第一篇提到马提尼力场的科学论文要追溯到2007年,当时出现了第二篇。”到目前为止,它已经收集了4000多篇引文。

力场是分子动力学模拟程序中使用的一组参数。的精度结果的大小取决于定义珠间相互作用的参数是如何确定的。在新版本中,这些交互使用了比前一个版本更多的参考数据进行了重新校准。Marrink解释道:“通过我们自己使用力场以及从用户那里收到的反馈,我们发现了可以改进的地方。”很多反馈都是通过他的研究小组在线维护的活跃用户平台传达给他的。

Siewert-Jan Marrink

这位是Siewert-Jan Marrink,格罗宁根大学的分子动力学教授。他设计了一组参数,允许快速但准确的粗粒度模拟。在3月29日发表在《自然方法》(Nature Methods)杂志上的一篇论文中,马林克和他的同事提出了所谓的马提尼力场的第三个版本。图片来源:格罗宁根大学

这篇论文的第一作者保罗·c·t·苏扎博士(Paulo C.T. Souza)是马林克团队的博士后研究员,他已经花了四年时间研究这些参数的重新校准。“对于这份工作,你需要了解力场是如何组合在一起的,但你还需要生物和化学方面的直觉,以及良好的物理学背景。保罗具备所有这些条件。”

新版本是一个通用力场,可以用来模拟软物质,如脂质膜,蛋白质,聚合物,和脱氧核糖核酸.“最初的力场是为生物分子开发的,但它也越来越多地用于材料科学。”基于马提尼力场的模拟被用来解释实验结果,预测分子之间的相互作用和应急行为,并作为一个高通量系统来评估,例如,药物导致结合位点的相互作用。就像它的前身一样,它可以将基于Martini 3的模拟结果反向映射到原子模拟。“这让你可以放大有趣的互动。”

Martini的第三个版本可以从Martini网站免费下载。马林克说:“我们希望这个力场对研究界的每个人都可用。”“把它放到付费墙后面是可能的,但那不是我想要的。马提尼是一个学术项目,而不是一个商业项目。”

升级到马提尼3花了大约10年时间。马林克和他的同事们渴望探索它的潜力。“我们与力场相关研究的下一步是使用新的马提尼3参数,进一步改进生物分子的模型,如脂类、蛋白质、糖和核苷酸。我们的最终目标是在未来五年内能够以分子分辨率模拟整个细胞。”

未来的发展是将化学反应包括在力场中。“化学反应改变了分子的性质,但不被纳入现有的力场。反应需要量子力学计算,这需要很多时间。我们想要创造一种更快、更粗粒度的替代品。”马提尼的最后一项要求是酸度的变化。

但现在,Marrink正在享受Martini 3的发布,并对它将如何影响建模社区感兴趣。“我们预计,它肯定会影响许多领域的基础科学,从生物物理学到药物开发和材料科学。”

Martini forcefield网站和用户社区:http://cgmartini。问/

Reference: Paulo C. T. Souza, Riccardo Alessandri, Jonathan Barnoud, Sebastian Thallmair, Ignacio fastino, Fabian Grunewald, Ilias Patmanidis, Haleh Abdizadeh, Bart M.H. Bruininks, Tsjerk A. Wassenaar, Peter C. Kroon, Josef Melcr, Vincent Nieto, Valentina Corradi, Hanif M. Khan, Jan Doma?3:粗粒分子动力学的一般用途力场,2021年3月29日,自然方法
DOI: 10.1038 / s41592 - 021 - 01098 - 3

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