細(xì)胞內(nèi)單分子運(yùn)動(dòng)的成像方法

隨著熒光顯微鏡觀察技術(shù)的飛速發(fā)展，如今科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)：一個(gè)分子單位的波動(dòng)及運(yùn)動(dòng)對(duì)生命機(jī)能具有重要作用，為了正確理解生命機(jī)能，必須要了解細(xì)胞內(nèi)分子的運(yùn)動(dòng)和波動(dòng)。

從微生物到人類，所有的生命活動(dòng)都是由細(xì)胞內(nèi)活體分子間的連續(xù)反應(yīng)——“生化學(xué)網(wǎng)絡(luò)”的活動(dòng)而起源的。精密模擬、預(yù)測(cè)“生化學(xué)網(wǎng)絡(luò)”一舉一動(dòng)的細(xì)胞模擬是正確理解生命活動(dòng)、應(yīng)用和發(fā)展的重要基礎(chǔ)技術(shù)。目前應(yīng)用的細(xì)胞模擬大都僅能表現(xiàn)存在于細(xì)胞內(nèi)的分子互相作用的電路圖、分子數(shù)量增減的“網(wǎng)絡(luò)模式”以及表現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)各處平均濃度差別的“濃度平均場(chǎng)模式”，并不考慮細(xì)胞內(nèi)單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)。

日本理化學(xué)研究所公布，該研究所基干研究所生化模擬研究小組高橋恒一組長(zhǎng)與荷蘭科學(xué)家共同開(kāi)發(fā)出一種創(chuàng)新型模擬法。這種模擬法能夠把細(xì)胞內(nèi)單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)精密地再現(xiàn)出來(lái)。

研究小組開(kāi)發(fā)出的高性能粒子反應(yīng)擴(kuò)散計(jì)算方法，能使以年為單位的計(jì)算時(shí)間縮短為數(shù)日，并且在原理上沒(méi)有系統(tǒng)誤差。因而實(shí)現(xiàn)了世界上細(xì)胞規(guī)模的單個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的精密模擬。新的計(jì)算方法將應(yīng)用在日本正在開(kāi)發(fā)的下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)上，以期望進(jìn)一步解讀細(xì)胞癌化的機(jī)理，通過(guò)對(duì)干細(xì)胞分化的預(yù)測(cè)和控制，在再生醫(yī)療領(lǐng)域有所突破。此外，通過(guò)對(duì)有用微生物的設(shè)計(jì)，也可能找到解決環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題的突破口。