دكتوراه المحاكاة الحاسوبية للجزيئات البيولوجية في جامعة ليدز

ملخص

تعد النماذج الحسابية ذات قيمة لا تقدر بثمن للتصور في البيولوجيا الجزيئية، لأنها تستخدم أفضل فهمنا الفيزيائي الكمي للجزيئات الحيوية وتفاعلاتها للتنبؤ بديناميكياتها، والتي غالبًا ما تكون مفقودة من التجارب الفيزيائية الحيوية. والآن بعد أن كشفت التقنيات البيوفيزيائية عن بنيات جزيئية فائقة التنظيم على نطاق طول أعلى مباشرة من الجزيئات المفردة، والتي كانت غير مرئية حتى وقت قريب جدًا، هناك حاجة إلى أدوات حسابية جديدة لتفسير هذه التجارب.

نحن نعمل على تطوير خطين من الأبحاث في علم الأحياء الجزيئي الفائق - أحدهما للحمض النووي والآخر للبروتينات. في حين أنه من المعروف أن الحمض النووي هو جزيء الوراثة وأن تسلسل القواعد في الحمض النووي يشفر المعلومات الوراثية التي تحدد الكائن الحي، إلا أن الطريقة التي يتم بها تنظيم الجينومات غير مفهومة. تظهر البيانات التجريبية الحديثة أن الترتيب الفيزيائي للحمض النووي داخل النواة أمر بالغ الأهمية للتحكم الوراثي. لقد قمنا بتطوير نظام نموذجي يشتمل على دوائر صغيرة من الحمض النووي يمكننا تحليلها عن طريق الطرق التجريبية والنمذجة الحاسوبية الذرية باستخدام برامج كمبيوتر راسخة لفهم كيف يساعد تغليف الحمض النووي في التحكم وتنظيم الخلية، وكيف يؤثر ذلك على التعرف على الجزيئات الأخرى، مثل البروتينات وجزيئات الأدوية.

نقوم أيضًا بكتابة برنامج النمذجة الخاص بنا والذي يوفر وصفًا لميكانيكا الاستمرارية للبروتينات، والذي يستخدم بيانات المجهر الإلكتروني التجريبية كمدخلات في الحسابات. يستخدم النموذج خوارزمية العناصر المحدودة التي قمنا بتعميمها لتشمل التقلبات الحرارية، والمعروفة باسم تحليل العناصر المحدودة المتقلبة (FFEA)، ونحن نستخدم هذا البرنامج لنمذجة عمل المحركات الجزيئية مثل الميوسين والداينين، ونقوم بتحسين وصفنا الفيزيائي للجزيئات الحيوية وتفاعلاتها عن طريق إضافة تمثيلات أكثر دقة للبيئة الهيدروديناميكية. نهجنا متعدد التخصصات للغاية، ويمكننا تكييف المشاريع لتناسب الباحثين ذوي الخلفيات المتنوعة مثل الفيزياء والرياضيات والكيمياء والبيولوجيا والكمبيوتر علم. تتوفر أيضًا المشروعات التعاونية بما في ذلك العمل التجريبي.