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新的药物和材料发现将在VR中解开

2019-05-11 10:41:57   来源:

布里斯托大学的科学家开发了新的虚拟现实(VR)基于云的工具,以帮助学术界和工业界推进新的药物,材料和促进化学教学。

计算机科学和化学研究人员的联合团队与位于布里斯托尔的初创公司Interactive Scientific和Oracle Corporation的开发人员合作,利用Oracle的公共云基础设施将实时分子模拟与最新的虚拟现实技术相结合。

这种合作使得研究人员可以在分子移动时伸出并“触摸”分子 - 折叠它们,打结它们,拔除它们并改变它们的形状以测试它们如何相互作用。使用云计算,几个人可以同时与同一虚拟空间中的分子进行交互。

业界已经开始表现出对以这种突破性方式使用VR来改变药物设计方式以及改变化学结构和动力学教学的兴趣。

对于在Science Advances上发表的研究,该团队为参与者设计了一系列分子任务,以测试传统的鼠标和键盘,触摸屏和虚拟现实。这包括将一个小分子穿过纳米管,改变小有机螺旋的螺旋感,并将一个小的类似蛋白质的蛋白质结合成一个简单的结。

任何希望尝试本文所述任务的人都可以通过https://isci.itch.io/nsb-imd下载该软件,并启动他们自己的云托管会话。对于复杂的3D任务,人们发现VR具有显着的优势,参与者在打结等困难任务中获得成功的可能性要高十倍。

布里斯托大学化学教授阿德里安·穆赫兰德说:“化学家们总是制作分子模型,以了解它们的结构 - 从原子如何结合到Watson和Crick着名的双螺旋DNA模型。在他们的教育中,大多数人他们拥有一个可能由塑料或金属制成的分子模型。这些模型对于我们看不到的东西尤其重要,例如分子的纳米级世界。

“由于这项研究,我们现在可以应用虚拟现实来研究各种分子问题,这些问题本质上是动态的,包括将药物与目标结合,蛋白质折叠和化学反应。随着模拟变得更快,我们现在可以实时做到这一点,这将是改变药物的设计方式以及如何教授化学结构。“

通讯作者和皇家学会研究员David Glowacki博士,计算机科学与化学联合工作补充说:“利用VR来理解分子结构和动力学,可以进行一种纳米级分子”手术,“使研究人员能够发展直觉多年来,医学领域已经知道,受过VR训练的外科医生比非VR训练对手更快地完成手术,错误率明显更低。这就是为什么我认为适应这一点的原因之一。理解纳米尺度系统的技术。我发现这项工作如此引人入胜的一个重要原因是它需要将最先进的技术与美学,设计和心理学统一起来。“

计算机科学博士生迈克尔·奥康纳,该论文的主要作者之一,他说:“将一个分子绑在一个结上代表着一项艰巨的三维任务。操纵分子的传统方法是编写试图在其中轻推它的程序。你想要的方向。对于像这样复杂的事情,编写这样一个程序是非常困难的。

“结在生理上是有趣的,因为已经发现数百种蛋白质存在于打结的结构中,并且试图找出它们如何进入这些打结形式已成为一个难题。使用VR,我们可以探索这些打结的结构,打结和解开他们很容易!“

“这项研究得到了Oracle高等教育初创计划的支持,展示了现在可以通过云实现的创新 - 在这种情况下可以加速纳米技术研究和药物发现”,Oracle Cloud的架构师Phil Bates说。“云使全球科学家能够实时协作解决复杂的分子建模和模拟挑战。这项研究是学术界如何利用云运行以前只能通过专业超级计算机支持的研究工作量的一个很好的例子。”

这项工作通过能够协同可视化和与纳米级相互作用,为加速分子工程和药物设计的进步开辟了令人兴奋的途径。更广泛地说,该团队的研究结果突出了VR在查看和操纵复杂3D结构方面的潜力,以及跨研究,工业和教育的应用。