Rozwijanie i zastosowania wieloskalowych metod molekularnego modelowania i bioinformatyki

Maszyna molekularna - topoizomeraza 1 (żółty), oddziałująca z molekułą DNA (niebieski) i białkiem regulacyjnym hnRNPA1 (różowy).

Zespół realizujący badania
prof. dr hab. Bogdan Lesyng
dr Krystiana Krzyśko
dr Joanna Panecka-Hofman

Współpraca krajowa
prof. dr hab. Krzysztof Staroń, Wydział Biologii UW
prof. dr hab. Jacek Waluk, IChF PAN
dr Franciszek Rakowski, ICM UW
dr Łukasz Walewski, ICM UW

Współpraca zagraniczna
prof. dr hab. Waldemar Priebe, MD Anderson Cancer Center, Houston, USA
prof. Peter Deuflhard, Centrum Konrada Zuze, FU Berlin

Słowa kluczowe

wieloskalowe modelowanie
bioinformatyka
dynamika molekularna
kwantowa dynamika
struktura
funkcja
analiza przyczynowości

Tematyka badań

Opis mechanizmów funkcjonowania złożonych układów (bio)molekularnych oraz metody molekularnego projektowania układów o pożądanych właściwościach strukturalnych i funkcjonalnych, wymagają stosowania zaawansowanych, wieloskalowych metod modelowania matematycznego i komputerowego. Prowadzimy m.in. badania związane z:

dynamiką protonów i elektronów w rzeczywistym środowisku molekularnym,
symulacjami procesów katalitycznych,
przemianami energii (bio)chemicznej w mechaniczną,
projektowaniem leków nowej generacji, badaniami biologicznych nanomaszyn,
jak również np. podstawowe badania związane z detekcją i analizą relacji przyczynowości zdarzeń w przemianach strukturalnych.

Przykładowo, metody mikroskopowej kwantowej i kwantowo-klasycznej dynamiki molekularnej stosowane są do symulacji transferu (hoppingu) protonów w układach (bio)molekularnych oraz generowania mikroskopowych pól elektrostatycznych. Z drugiej strony metody klasycznej, mezoskopowej dynamiki molekularnej stosowane są w symulacjach procesów spontanicznego porządkowania się struktur. Wielokrokowe symplektyczne algorytmy w/w dynamik, pozwalają na symulacje procesów w długich skalach czasowych. Stosowane są również i rozwijane metody równania Poissona-Boltzmanna, pozwalające na wyznaczanie mezoskopowych pól elektrostatycznych, które m.in. decydują o wzajemnym rozpoznawaniu się układów (bio)molekularnych (molecular recognition).