研究人員利用計算機模擬來研究神經(jīng)受體對尼古丁的反應(yīng)
吸煙者都知道,尼古丁是很容易上癮的。戒煙很難,這個習(xí)慣每年奪去700多萬人的生命。
吸煙將尼古丁傳遞給負責(zé)成癮的神經(jīng)受體,影響神經(jīng)系統(tǒng)并導(dǎo)致成癮。
一項由布里斯托爾大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的新研究揭示了這些神經(jīng)感受器對尼古丁的反應(yīng)。
研究人員使用新的計算機模擬方法來發(fā)現(xiàn)大腦中的受體是如何對尼古丁做出反應(yīng)的。
這項研究的關(guān)鍵特征之一是發(fā)現(xiàn)的速度,這要歸功于Oracle云基礎(chǔ)設(shè)施的使用,這使得研究人員能夠在前所未有的短時間內(nèi)運行大量模擬。
這項工作將計算化學(xué)家、生物化學(xué)家和研究軟件工程師聚集在一起,共同部署大量模擬云中的尼古丁受體。
從研究的角度來看,將使用Oracle的高性能云基礎(chǔ)設(shè)施的時間縮短到5天是一個轉(zhuǎn)變。原本需要幾個月才能完成的計算,在幾天內(nèi)就完成了。
這項研究,由布里斯托爾的研究人員與甲骨文合作,云技術(shù)的一個關(guān)鍵部分的調(diào)查,據(jù)報道在美國化學(xué)學(xué)會雜志》上的旗艦出版的美國化學(xué)學(xué)會、世界上最大的科學(xué)協(xié)會,全球領(lǐng)先的提供和化學(xué)有關(guān)的研究。該項目由EPSRC提供資金支持。
布里斯托爾化學(xué)學(xué)院布里斯托爾計算化學(xué)中心的艾德里安·穆赫蘭教授是這項研究的合著者,他說:
尼古丁很容易使人上癮:戒煙很難。為了理解它為什么如此容易上癮,為了制造分子幫助人們戒煙,我們需要了解它是如何影響神經(jīng)系統(tǒng)的。
我們已經(jīng)使用模擬來模擬和理解尼古丁是如何影響大腦中的受體的。利用云計算的力量,我們能夠展示尼古丁是如何在分子水平上發(fā)揮作用的,這是大腦信號傳遞的第一階段。這些信息,以及我們正在開發(fā)的方法,將有助于開發(fā)新的戒煙輔助工具?!?/p>
研究人員目前正與生命科學(xué)研究所合作,設(shè)計和開發(fā)模擬尼古丁的分子,并進行計算機模擬,以幫助測試它們的潛在有效性。這項工作的基礎(chǔ)上,以往的研究使用化學(xué)合成方法開發(fā)新的戒煙輔助,這將調(diào)查和測試在模擬場景。
吸煙是全球第二大常見的死亡原因,但目前大多數(shù)抗吸煙藥物在減輕戒斷癥狀方面只有中等效果,而且可能導(dǎo)致不良的副作用。我們需要新的、具體和有效的戒煙援助。
尼古丁是煙草中主要的精神活性物質(zhì),通過與大腦中的特定受體結(jié)合而導(dǎo)致成癮。了解尼古丁是如何與這些受體結(jié)合并產(chǎn)生尼古丁“沖動”和隨后的渴望是公共衛(wèi)生研究的重點。
研究中發(fā)現(xiàn)研究人員執(zhí)行450個獨立的分子動力學(xué)模擬與尼古丁的綁定相關(guān)聯(lián)的生物化學(xué)煙堿乙酰膽堿受體的亞型(α7)在大腦中。他們能夠與其他類型的尼古丁受體進行比較,識別受體激活的共同特征。
該研究還展示了如何將云計算與更傳統(tǒng)的高性能計算有效地結(jié)合起來。
這項工作表明,嚴格的模擬可以用來預(yù)測幾天內(nèi)對藥物目標的影響。
在這種快速的時間尺度上,計算有助于計劃和解釋實驗,并將有助于設(shè)計和開發(fā)有效的藥物。更廣泛地說,使用云計算進行研究的靈活性和其他好處提供了極大地加快發(fā)現(xiàn)速度的潛力。
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