基于计算毒理的环境污染物-生物大分子的相互作用研究

计算机技术的革新以及结构生物学和深度学习的爆发式发展,促使计算毒理学迅速应用到环境新污染物领域,通过研究环境污染物与生物大分子间的相互作用解析致毒机制并筛查高风险毒物.本文系统综述了用于解析环境污染物-生物大分子互作过程常用的计算毒理方法,包括分子对接、分子动力学模拟和机器学习建模;阐明了近年来3类计算毒理方法在环境毒理学领域的主要用途,包括环境污染物-生物大分子相互作用的构效关系研究与虚拟筛查应用;讨论了3类计算毒理方法在配体-受体结合、可解释性、计算效率、计算深度、生物学过程5个方面的优势与局限;展望了计算毒理技术与新型技术(如人工智能)结合后的未来应用和进一步潜力.

心律失常机制的建模仿真和理论研究

心血管疾病是全球自然死亡的头号杀手。心律失常一直都是心血管疾病致死的一种主要形式。随着实验和临床数据的积累、非线性动力学的理论应用、计算机算法的优化和算力的提升,通过建立生理生化层面精细的心脏电生理数学模型,开展生理及病理条件下高性能计算仿真已成为探究心律失常机制的一种有效技术手段。本文简要介绍了造成心律失常的几种典型机制,回顾了心脏电生理建模仿真的发展过程并指出了目前面临的主要挑战,包括如何更系统深入地理解心律失常这一可激发介质上多尺度多物理态的复杂时空行为,如何运用电生理建模仿真辅助抗心律失常特效药物研发以及完善一般性药物的心脏安全评估。针对以上的挑战,本文提出如下研究建议:发展计算上可行的多尺度群体化心脏电生理数学模型;进行基于药物与蛋白/离子通道相互作用的虚拟抗心律失常药物靶点的筛查;建立一般性药物心脏毒性检测的虚拟仿真平台。通过深度结合实验和临床数据发展高性能多尺度群体化的心脏电生理虚拟仿真,有望进一步发掘多学科交叉的研究潜力,推动心脏病学发展。