意大利理工学院（IIT）与乌普萨拉大学（瑞典）和阿斯利康公司合作的一项研究展示了计算化学和超级计算机如何帮助科学家理解生命基本机制，特别是人类细胞的功能。这项研究由位于热那亚的IIT分子建模与药物发现部门在Marco De Vivo领导下进行，并发表在《美国国家科学院院刊》上。
该研究聚焦于剪接过程，通过模拟一个包含约200万个原子的庞大模型系统，揭示了剪接体的功能动态。剪接是细胞读取基因并正常运作的关键步骤，由剪接体这一复杂结构控制，涉及许多蛋白质和RNA分子。研究结果提供了对剪接的更精确理解，帮助解释了先前难以解读的数据，可能支持开发能够调控这一过程的分子，为癌症和神经退行性疾病等疾病的新疗法奠定基础。
为了更好地理解剪接体，IIT的研究人员以博士生Gianfranco Martino为第一作者，使用了先进的计算机模拟，主要在IIT的超级计算机“Franklin”上运行。这些模拟基于物理定律重现分子随时间移动和相互作用的方式，使科学家能够更详细地观察生物过程。得益于Franklin的计算能力，由超过360个GPU处理器提供，研究人员能够在原子水平上研究剪接体，并观察其在活动期间如何改变形状。这是一项重大的技术挑战，因为模拟涉及约200万个原子，远超传统模拟通常的20万到50万个原子。
此前，科学家们只有剪接体的静态快照，缺乏对其动态运动的理解。新模拟使得观察这一过程成为可能，研究人员发现剪接体运动遵循精确且受控的顺序，这对正常功能至关重要，并帮助解释了先前难以解释的实验数据。IIT分子建模与药物发现部门的首席研究员Marco De Vivo表示：“这些结果表明，超级计算机实现的计算化学和分子模拟在研究复杂系统时，可以有力地支持实验生物学。准确理解剪接体的工作原理是开发新靶向药物的关键一步。”
瑞典乌普萨拉大学副教授、IIT访问首席研究员Marco Marcia表示：“我的团队专注于实验性研究RNA，而De Vivo博士的团队擅长计算药物发现，两者之间的合作对于更快地实现我们的最终目标——发现新疗法——至关重要。”研究团队的下一步将是改进已被识别为能够调节剪接体活性的分子，这可能为相关疾病带来新疗法，为未来医学提供机会。
出版详情：作者：Italian Institute of Technology；标题：《Supercomputer simulations map spliceosome motions in a two-million-atom human cell model》；发表于：《Proceedings of the National Academy of Sciences》(2025)。
