Первая математическая биомолекулярная модель создана! В ее основе - 1 миллиард виртуальных атомов
Ученым Национальной лаборатории Лос-Аламоса удалось создать самую большую математическую модель. Это виртуальная молекула ДНК, в составе которой 1 миллиард виртуальных атомов. В ближайшем будущем математическую модель подвергнут испытаниям и исследованиям на самом мощном суперкомпьютере мира, что позволит понять все тонкости ее возникновения, найти новые методики лечения множества патологий, в том числе и рака. По словам ученых, понять, как детально работает ДНК на уровне атомов, очень важно.
Если это сделать, можно научиться деактивировать и активировать отдельные гены. Зная подробности всех происходящих процессов, ученые смогут наконец-то понять, как, почему, в каких условиях возникают и протекают заболевания некоторых видов.
Все расчеты, связанные с новой математической моделью, проводятся на компьютере Trinity, который передан в полное распоряжение исследователей Национальной лаборатории Лос-Аламоса. Техника считается одной из самых мощных во всем мире и занимает 6 позицию в рейтинге ТОП-500 суперкомпьютеров. Ее возможности активно используются в ядерной программе США. Исследование новой математической модели – одна из немногочисленных «гражданских» задач, которые решаются при помощи Trinity.
Как уже было сказано, созданная математическая модель представляет собой виртуальную ДНК, некую информационную проекцию всех живых существ. В ней содержится информация, которая используется для функционирования и построения тела человека. В нашем теле находится огромное количество ДНК-молекул, если их соединить вместе, получится длинная цепь, которой можно легко обмотать 2,5 раза земной шар.
Внутри клеток ДНК-молекулы сжаты, скручены в сеть мелких узлов. В то время когда ДНК «работает», эти узлы затягиваются, переплетаются или расплетаются, в результате чего происходит активация или деактивация определенных генов. Процессы, напрямую связанные с преобразованием ДНК-узлов, раньше практически не изучались, это совершенно новая область науки, которая позволяет понять, как развивается тело живого существа, зарождается та или иная патология.
Первые расчеты математической модели ДНК позволили подтвердить теорию о том, что при уплотнении участка ДНК определенный ген деактивируется, в обратном случае он активируется. Но понять, как и почему так происходит, ученые так и не смогли.
Стоит отметить, что в разработке новой математической модели ДНК участвовали не только ученые из Лос-Аламоса, но и исследователи из университета Нью-Йорка, института RIKEN и других научных организаций. Совместно они обработали огромное количество экспериментальных данных, объединив которые, получилась виртуальная модель ДНК из 1 миллиарда атомов.
Но чтобы смоделировать работу ДНК на таком детальном уровне, нужны большие вычислительные ресурсы. На данный момент ученым удалось смоделировать только отдельные гены благодаря суперкомпьютеру Trinity, в будущем они намерены смоделировать весь геном полностью, что позволит получить много полезной информации о работе этого непростого биологического механизма.