Simulationsmodelle für Moleküldynamik
Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen (Proteine oder DNA) und synthetischen Oberflächen sind für viele Bereiche der Bionanotechnologie und biomedizinischen Technik enorm von Bedeutung. So muss ein künstliches Hüftgelenk etwa in den Knochen des Patienten einwachsen, und die Proteinadsorption erleichtert diesen Prozess. Vor allem muss die Forschung klären, wie sich ein Protein bei Kontakt mit verschiedenen Kunststoffoberflächen verhält. So entwickelte das EU-finanzierte Forschungsprojekt PROTEIN-SURF SIM (Program development for the molecular simulation of protein-surface interactions) einen molekulardynamischen Simulator, der vorhersagt, wie sich verschiedene Proteine auf einer Vielzahl von Materialien verhalten – den so genannten LAMMPS (Large Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator). Bei jeder Anwendung ist die Bioaktivität des Proteins vom vorhandenen Solvens und der Struktur seiner bioaktiven Domänen abhängig. Auf diese Weise können nun Daten ermittelt werden, auf deren Basis die Konformation und Ausrichtung der Biomoleküle kontrolliert werden kann. Das Team stellte auch einen neuen Satz von Modulen fertig, um das Verhalten löslicher Proteine auf Oberflächen zu simulieren, und verglich Simulationsmethoden. Erfolgreich konnten die Module an spezifischen Biomolekül-Oberflächensystemen validiert werden, sodass sich die Recheneffizienz verglichen mit dem herkömmlichen Simulationsprogramm um mehr als das 70-fache steigerte. Nach der vollständigen Prüfung aller Module stehen diese jetzt zum freien Download unter (LAMMPS) zur Verfügung. Mit Interessenten wird in erster Linie aus der Medizinbranche gerechnet, aber eine leicht modifizierte Technologie könnte sich auch für andere Bereiche eignen.
Schlüsselbegriffe
Modul, Biomolekül, künstliche Oberfläche, Protein, Implantat, Bionanotechnologie, Simulator, LAMMPS
