生物分子连续模型中的数值方法与程序实现

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    10971218
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    22.0万
  • 负责人：
    卢本卓
  • 依托单位：
    中国科学院数学与系统科学研究院
  • 学科分类：
    A0501.算法基础理论与构造方法
  • 结题年份：
    2012
  • 批准年份：
    2009
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2010-01-01 至2012-12-31

项目摘要

离散和连续模型模拟的方法是分子动力学模拟与计算中的两种主要方法。连续模型方法计算效率高，研究对象的时间空间尺度跨度大，但模型的近似性和数值方法上的困难使得这一方法的应用范围受到极大的限制。我们近年在生物分子体系的静电相互作用以及真实生物分子的电扩散耦合过程的数值计算与模拟方面有一些领先性的工作，但离实际的广泛运用仍有距离。本课题目的在于发展完善我们的Poisson-Boltzmann静电的快速边界元计算方法，实现应用程序AFMPB（Adaptive Fast Multipole Poisson-Boltzmann Electrostatics），发布AFMPB并力图使其获得国际计算化学和生物学界的广泛应用。同时研究和实现求解一类完全耦合的描述电扩散反应的非线性偏微分方程组的有限元方法，实现从简单模型到实际生物分子体系的应用，如离子通道中的输运现象，研究粒子尺寸效应及分子疏水相互作用等。

结项摘要

离散和连续模型模拟的方法是分子动力学模拟与计算中的两种主要方法。连续模型方法计算效率高，研究对象的时间空间尺度跨度大，但模型的近似性和数值方法上的困难使得这一方法的应用范围受到极大的限制。我们近年在生物分子体系的静电相互作用以及真实生物分子的电扩散耦合过程的数值计算与模拟方面有一些领先性的工作，但离实际的广泛运用仍有距离。本课发展和完善了我们的Poisson-Boltzmann静电的快速边界元计算方法，编制实现并发布了应用程序AFMPB（Adaptive Fast Multipole Poisson-Boltzmann Electrostatics），得到国际计算化学和生物学界的关注。同时，我们研究和实现了求解一类完全耦合的描述电扩散反应的非线性偏微分方程组的有限元方法，实现从简单模型到实际生物分子体系的应用，如离子通道中的输运现象，研究粒子尺寸效应等。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Poisson-Nernst-Planck Equations for Simulating Biomolecular Diffusion-Reaction Processes II: Size Effects on Ionic Distributions and Diffusion-Reaction Rates
用于模拟生物分子扩散反应过程的泊松-能斯特-普朗克方程 II：离子分布和扩散反应速率的尺寸效应
  • DOI：
    10.1016/j.bpj.2011.03.059
  • 发表时间：
    2011-05-18
  • 期刊：
    BIOPHYSICAL JOURNAL
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    Lu, Benzhuo;Zhou, Y. C.
  • 通讯作者：
    Zhou, Y. C.
Triangulated manifold meshing method preserving molecular surface topology
保留分子表面拓扑的三角流形网格划分方法
  • DOI：
    10.1016/j.jmgm.2012.09.006
  • 发表时间：
    2012-09-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF MOLECULAR GRAPHICS & MODELLING
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Chen, Minxin;Tu, Bin;Lu, Benzhuo
  • 通讯作者：
    Lu, Benzhuo
Kinetics of diffusion-controlled enzymatic reactions with charged substrates.
带电底物的扩散控制酶反应动力学
  • DOI：
    10.1186/1757-5036-3-1
  • 发表时间：
    2010-01-18
  • 期刊：
    PMC biophysics
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Lu B;McCammon JA
  • 通讯作者：
    McCammon JA
Poisson-Nernst-Planck Equations for Simulating Biomolecular Diffusion-Reaction Processes I: Finite Element Solutions.
用于模拟生物分子扩散反应过程的 Poisson-Nernst-Planck 方程 I：有限元解
  • DOI：
    10.1016/j.jcp.2010.05.035
  • 发表时间：
    2010-09-20
  • 期刊：
    Journal of computational physics
  • 影响因子：
    4.1
  • 作者：
    Lu B;Holst MJ;McCammon JA;Zhou YC
  • 通讯作者：
    Zhou YC
TMSmesh: A Robust Method for Molecular Surface Mesh Generation Using a Trace Technique
TMSmesh：使用跟踪技术生成分子表面网格的稳健方法
  • DOI：
    10.1021/ct100376g
  • 发表时间：
    2011-01-01
  • 期刊：
    JOURNAL OF CHEMICAL THEORY AND COMPUTATION
  • 影响因子：
    5.5
  • 作者：
    Chen, Minxin;Lu, Benzhuo
  • 通讯作者：
    Lu, Benzhuo

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  • 发表时间：
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    李鸿亮
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  • 通讯作者：
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相似国自然基金

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  • 批准年份：
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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