Uni Wien: Computer erlaubt neue Einblicke in Abläufe in Zellen

"In unserer aktuellen Publikation stellen wir neue Ergebnisse einer computergestützten Untersuchung vor, die den Einfluss von Membranen auf wichtige biologischen Vorgänge darstellt", erklärt Richard Matthews, Lise-Meitner-Fellow an der Universität Wien und Erstautor der Studie. Gegenstand der Untersuchung ist die "Selbstassemblierung" – auch Selbstorganisation – winziger Partikel. Damit wird der Prozess einer Struktur- und Musterbildung, die ohne menschliche Einwirkung erfolgt, bezeichnet. Im konkreten Fall geht es um die Erforschung des Prozesses der Wechselwirkungen zwischen Membran und Proteinen, der die Bildung geordneter Strukturen in der Zelle beeinflusst.
 
In den vergangenen Jahren wurde viel zum Prozess der Selbstassemblierung geforscht. Es gibt beeindruckende Beispiele davon in der Natur, von winzigen Motoren (z.B. bei Flagellen) bis hin zu Virsukapsiden mit perfekten sphärischen Formen. Bisher war man in der Lage, einfache Modelle "selbstassemblierender" Objekte nachzubauen und erhielt so Einblick in deren wichtigsten, experimentell beobachtbaren Eigenschaften. In der Natur gehen solche Prozesse jedoch nicht isoliert vor sich, sondern stehen in Wechselwirkungen mit ihrer Umgebung. Das bedeutet oft bei der Selbstassemblierung, dass sie auf bzw. in der Nähe von einer Membran stattfindet, was bis dato bei dem Aufbau von einfachen Modellen nicht berücksichtigt wurde.
 
Hoch entwickelte Simulationsmethoden
Ziel der Forschung ist es, die allgemeinen Eigenschaften dieser faszinierenden Vorgänge zu erforschen und sie mit neuen Berechnungsmethoden zu beschreiben. Dazu ist es nötig, den gesamten Prozess am Computer zu modellieren. Aufgrund der Komplexität der Aufgabe sind zur Berechnung Hochleistungscomputer erforderlich. "In unserer Arbeit haben wir hoch entwickelte Simulationsmethoden angewendet und konnten so herausfinden, wie die Wechselwirkungen mit einer Membran die Selbstassemblierung beeinflussen", führt Biophysiker Richard Matthews aus. "Wir stellten fest, dass eine Membran die Selbstassemblierung fördert, und dass in unserem Modell Strukturen vorkommen, die der Natur sehr ähnlich sind."
 
Publikation
Influence of Fluctuating Membranes on Self-Assembly of Patchy Colloids. Richard Matthews and Christos N. Likos. Physical Review Letters. Oktober 2012.