FDA – Die Kraftverteilungsanalyse
Die Kraftverteilungsanalyse (Englisch: Force distribution analysis; FDA) ist eine Methode, um Kraft- und Spannungsausbreitung in Proteinen zu ermitteln und zu verfolgen, angelehnt an die Finite-Elemente-Methode zur Konstruktion von makroskopischen Strukturen. FDA basiert auf Molekulardynamik (MD) Simulationen, bei denen die Kräfte zwischen jedem Paar von Atomen in einem System direkt berechnet werden. Die neueste FDA-Version ist im weit verbreiteten MD-Simulationspaket GROMACS-2020 implementiert (https://manual.gromacs.org/documentation/2020/index.html). Zu den neusten Anwendungen der FDA gehören die Berechnung der Stresskonzentration in Kollagen und den allosterischen Effekt von Disulfid-brücken im von-Willebrand-Faktor.
Dieses Beispielvideo zeigt die Kräfteverteilung beim Zerreißen einer Graphenschicht durch eine Nadel eines Rasterkraftmikrosops (Englisch: atomic force mircrospe; AFM).
Der FDA Code wurde in der Molecular Biomechanics (MBM) Gruppe am HITS entwickelt und ist auf GitHub verfügbar: https://github.com/HITS-MBM/gromacs-fda
Weitere Quellen:
Veröffentlichung: Costescu BI, Gräter F. Time-resolved force distribution analysis. BMC Biophys. 2013;6:5. doi: 10.1186/2046-1682-6-5: https://bmcbiophys.biomedcentral.com/articles/10.1186/2046-1682-6-5
Beispiel: https://www.h-its.org/projects/force-triggered-blood-coagulation/
Über das HITS
Das HITS (Heidelberger Institut für Theoretische Studien) wurde 2010 von dem Physiker und SAP-Mitbegründer Klaus Tschira (1940-2015) und der Klaus Tschira Stiftung als privates, gemeinnütziges Forschungsinstitut gegründet. Es betreibt Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, der Mathematik und der Informatik. Zu den Hauptforschungsrichtungen zählen komplexe Simulationen auf verschiedenen Skalen, Datenwissenschaft und -analyse sowie die Entwicklung rechnergestützter Tools für die Forschung. Die Anwendungsfelder reichen von der Molekularbiologie bis zur Astrophysik. Ein wesentliches Merkmal des Instituts ist die Interdisziplinarität, die in zahlreichen gruppen- und disziplinübergreifenden Projekten umgesetzt wird. Die Grundfinanzierung des HITS wird von der Klaus Tschira Stiftung bereitgestellt.