Команда ученых из Лос-Аламосской национальной лаборатории под руководством структурного биолога Кариссы Санбомацу создала крупнейшую в мире модель человеческого гена ДНК. Модель состоит из более чем одного миллиарда атомов и может помочь совершить революцию в понимании работы генов.
Моделирование генов на атомном уровне – это первый шаг к пониманию того, как ДНК расширяется и сжимается, что влияет на «включение/выключение» генов. Для столь масштабной имитации ученые задействовали суперкомпьютер Trinity в Лос-Аламосе, занимающий шестую строчку в мире по быстродействию.
ДНК является основой всего живого и содержит гены, кодирующие структуры и деятельность человеческого организма. О масштабах ДНК говорит тот факт, что если ее «распутать», то получится нитевидная структура, которой можно опоясать Землю 2,5 млн. раз.
Длинная нитевидная молекула ДНК «намотана» на сеть крошечных «катушек», которые вращаясь, «включают» и «выключают» гены. Раздел науки, занимающийся исследованием этих процессов, получил название эпигенетика. В частности, она изучает процесс развития плода в утробе матери и формирование наследственных заболеваний.
Если ДНК компактна, гены выключаются. Почему это происходит, ученым пока неясно. По всей видимости, для выяснения причин потребуется компьютер еще большей мощности – Exascale. С его помощью ученые надеются создать модель всего человеческого генома и понять принцип «включения/выключения» генов.
Моделирование такого рода основано на экспериментах, предполагающих захват конформации хроматина, криоэлектронную микроскопию и рентгеновскую кристаллографию, а также ряд сложных алгоритмов компьютерного моделирования.