朱塞佩·巴卡團(tuán)隊首次實現(xiàn)了生物系統(tǒng)的量子模擬。圖片來源：墨爾本大學(xué)官網(wǎng)

科技日報記者?張夢然

據(jù)澳大利亞墨爾本大學(xué)官網(wǎng)報道，該校理論家和高性能計算專家朱塞佩·巴卡副教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊，首次實現(xiàn)了生物系統(tǒng)的量子模擬，其規(guī)模足以準(zhǔn)確模擬藥物性能。團(tuán)隊利用美國“前沿”超級計算機(jī)的計算能力，開發(fā)出新軟件，能準(zhǔn)確預(yù)測由多達(dá)數(shù)十萬個原子組成的分子系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)和物理性質(zhì)，對分子行為提供高度精確的預(yù)測，并為計算化學(xué)樹立了新的標(biāo)桿。

該項目匯集了化學(xué)、藥物研發(fā)、量子力學(xué)和超級計算方面的專業(yè)知識，由美國橡樹嶺國家實驗室、AMD和科技初創(chuàng)公司QDX共同合作完成。

這項突破性研究歷時4年多，首次實現(xiàn)了以量子級精度研究生物分子級系統(tǒng)。這種模擬能力使科學(xué)家能以前所未有的細(xì)節(jié)觀察和理解這些系統(tǒng)，對于改進(jìn)傳統(tǒng)藥物的評估和設(shè)計與目標(biāo)生物系統(tǒng)更有效相互作用的新療法至關(guān)重要。

這一突破使科學(xué)家能以堪比物理實驗的精度模擬藥物行為。科學(xué)家現(xiàn)在不僅可觀察藥物的運動，還可觀察其在生物系統(tǒng)中隨時間變化的量子力學(xué)特性，例如鍵的斷裂和形成。這對于評估藥物可行性和設(shè)計新療法至關(guān)重要。

目前，超過80%的致病蛋白沒有已知藥物可以治療。先進(jìn)的量子力學(xué)和高性能計算拓寬了藥物發(fā)現(xiàn)的計算工具集，在生物相關(guān)規(guī)模上提供了前所未有的速度和準(zhǔn)確性。重要的是，它們還提供了傳統(tǒng)計算化學(xué)以前無法實現(xiàn)的見解和能力，從而開辟了調(diào)節(jié)治療目標(biāo)的新方法，并擴(kuò)大了可有效治療的目標(biāo)疾病數(shù)量。

新研究將突破性的科學(xué)進(jìn)步轉(zhuǎn)化為功能強(qiáng)大且用戶友好的平臺，加速和增強(qiáng)了藥物發(fā)現(xiàn)過程，為創(chuàng)新治療打開大門。

總編輯圈點

以量子級精度模擬生物分子級系統(tǒng)，準(zhǔn)確預(yù)測分子系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)和物理性質(zhì)，這一突破，對新藥研發(fā)有重要意義。通常來說，新藥從發(fā)現(xiàn)到通過審批投入市場，需要十幾年甚至幾十年時間。人們一直在尋找更為高效的藥物研發(fā)工具，降低新藥研發(fā)風(fēng)險，提高藥物研發(fā)效率。此次，這項打通從基礎(chǔ)研究到市場應(yīng)用鏈條的研究，為創(chuàng)新治療打開了大門。它可為我們提供更多富有想象力的治療方案，也許攻克難治疾病的鑰匙，就在這些量子模擬中。