論文の概要: Interface-Driven Peptide Folding: Quantum Computations on Simulated Membrane Surfaces

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.05075v1
• Date: Wed, 10 Jan 2024 11:18:19 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-11 14:54:52.143392
• Title: Interface-Driven Peptide Folding: Quantum Computations on Simulated Membrane Surfaces
• Title（参考訳）: 界面駆動ペプチド折り畳み法:シミュレーション膜表面上の量子計算
• Authors: Daniel Conde-Torres, Mariamo Mussa-Juane, Daniel Fa\'ilde, Andr\'es G\'omez, Rebeca Garc\'ia-Fandi\~no, \'Angel Pi\~neiro
• Abstract要約: 本研究では、既存の量子コンピューティングアルゴリズムを拡張し、界面における抗菌ペプチド相互作用の複雑さに対処する。 われわれの手法では、同質なメディアのシミュレーションに比べてより多くの量子ビットを必要としておらず、現在の量子コンピューティング資源でより実現可能である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Antimicrobial peptides (AMPs) play important roles in cancer, autoimmune diseases, and aging. A critical aspect of AMP functionality is their targeted interaction with pathogen membranes, which often possess altered lipid compositions. Designing AMPs with enhanced therapeutic properties relies on a nuanced understanding of these interactions, which are believed to trigger a rearrangement of these peptides from random coil to alpha-helical conformations, essential for their lytic action. Traditional supercomputing has consistently encountered difficulties in accurately modeling these structural changes, especially within membrane environments, thereby opening an opportunity for more advanced approaches. This study extends an existing quantum computing algorithm to address the complexities of antimicrobial peptide interactions at interfaces. Our approach enables the prediction of the optimal conformation of peptides located in the transition region between hydrophilic and hydrophobic phases, akin to lipid membranes. The new method has been applied to model the structure of three 10-amino-acid-long peptides, each exhibiting hydrophobic, hydrophilic, or amphipathic properties in different media and at interfaces between solvents of different polarity. Notably, our approach does not demand a higher number of qubits compared to simulations in homogeneous media, making it more feasible with current quantum computing resources. Despite existing limitations in computational power and qubit accessibility, our findings demonstrate the significant potential of quantum computing in accurately characterizing complex biomolecular processes, particularly the folding of AMPs at membrane models. This research paves the way for future advances in quantum computing to enhance the accuracy and applicability of biomolecular simulations.
• Abstract（参考訳）: 抗微生物ペプチド(AMP)は、がん、自己免疫疾患、老化において重要な役割を果たす。 AMP機能の重要な側面は病原体膜との標的的相互作用であり、しばしば脂質組成が変化している。 治療特性を増強したAMPの設計は、これらの相互作用の微妙な理解に依存しており、これらのペプチドをランダムコイルからアルファヘリカルコンフォメーションへと再配列させ、その分解作用に必須であると考えられている。 従来のスーパーコンピュータは、特に膜環境におけるこれらの構造変化を正確にモデル化することの難しさに一貫して直面している。 本研究では、既存の量子コンピューティングアルゴリズムを拡張し、界面における抗菌ペプチド相互作用の複雑さに対処する。 本手法により, 親水性相と疎水性相の遷移領域に位置するペプチドの最適配座の予測が可能となった。 3種類の10-アミノ-酸-長鎖ペプチドの構造をモデル化し, 異なる媒質, 異なる極性溶媒間の界面で疎水性, 親水性, および両親媒性を示す。 特に,同質媒質のシミュレーションに比べて量子ビット数を多く要求しないため,現在の量子計算資源ではより実現可能である。 計算能力と量子アクセシビリティに限界があるにもかかわらず、我々は複雑な生体分子過程、特に膜モデルにおけるAMPの折り畳みを正確に特徴づける量子コンピューティングの有意な可能性を示した。 この研究は、生体分子シミュレーションの精度と適用性を高めるために、量子コンピューティングの今後の進歩の道を開く。

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