Исследователи из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе создали самую большую на сегодняшний день математическую модель, которая представляет собой полную виртуальную молекулу ДНК, состоящую из миллиарда виртуальных атомов. Исследования, которые будут производиться при помощи одного из самых мощных суперкомпьютеров в мире и этой математической модели, позволят людям глубже вникнуть в тонкости возникновения, развития и найти новые методы лечения различных заболеваний, в том числе и онкологических.
«Понимание работы ДНК на атомарном уровне детализации играет огромное значение. Благодаря этому мы сможем понять, как активируются и деактивируются отдельные гены» — рассказывает Карисса Санбонматсу (Karissa Sanbonmatsu), ученая-биолог, — «Знание подробностей происходящих процессов может открыть нам некоторые тайны, связанные с возникновением и течение заболеваний некоторых видов».
Для расчетов модели ДНК используется суперкомпьютер Trinity, находящийся в распоряжении ученых из Лос_Аламоса и стоящий на шестом месте в мировом рейтинге суперкомпьютеров Top-500. Возможности этого суперкомпьютера используются в основном в американской ядерной программе, а данные исследования являются одним из немногих «гражданских» задач, под которые выделено время суперкомпьютера Trinity.
Напомним нашим читателям, что ДНК является своего рода «информационной проекцией» всех известных нам живых существ. В этих длинных молекулах заключена вся информация, необходимая для построения и функционирования человеческого тела. В теле каждого человека находится столько молекул ДНК, что если соединить их в одну длинную цепь, то этой цепью можно обернуть 2.5 раза весь земной шар.
ДНК находится внутри клеток в очень сжатом состоянии, будучи скрученной в сети маленьких молекулярных узлов. Во время «работы» ДНК эти узлы затягиваются, расплетаются или переплетаются по-другому, что означает активацию или деактивацию определенных генов. Изучение процессов, связанных с преобразованиями узлов ДНК, является относительно новой областью науки, которая изучает процессы развития тела живых существ и зарождения заболеваний определенных видов.
При помощи расчетов модели ДНК ученые уже подтвердили тот факт, что когда участок ДНК уплотняется, то соответствующий ген деактивируется, в обратном случае происходит активация этого гена. Но, к сожалению, ученые еще не понимают, почему и как это происходит.
Заметим, что в деле создания модели ДНК принимала участие не только группа из Лос-Аламоса, к этому делу были привлечены ученые из Нью-Йоркского университета, японского института RIKEN и других научных и исследовательских организаций. Совместными усилиями этих ученых было обработано большое количество экспериментальных данных, объединение которых позволило создать модель ДНК с уровнем детализации до отдельных атомов.
Однако, моделирование работы ДНК на таком уровне детализации требует огромных вычислительных ресурсов. «Сейчас мы сумели смоделировать отдельные гены при помощи суперкомпьютера Trinity» — рассказывает Анна Лапала (Anna Lappala), ученая из Лос-Аламоса, — «В будущем, используя суперкомпьютеры экза-класса, мы сможем произвести моделирование всего генома полностью, что, несомненно, даст на большее количество информации о работе данного биологического механизма».