Superpočítač Trinity simuloval DNA s rekordní miliardou atomů  
Dnešní superpočítače nadšeně simulují velké molekuly. V laboratořích Los Alamos National Laboratory si připsali skvělý úspěch, když jejich superpočítač Trinity zvládl simulaci řetězce DNA s celým genem, který tvořila miliarda simulovaných atomů.

Rekordní simulace DNA s miliardou atomů. Kredit: Los Alamos National Laboratory.
Rekordní simulace DNA s miliardou atomů. Kredit: Los Alamos National Laboratory.

Superpočítače se nejprve používaly především k předpovídání počasí, pak k lámání šifer brutální silou a po přelomu tisíciletí ke 3D simulacím jaderných testů, které nahradily reálné jaderné testy. A v posledních letech jsou na superpočítačích populární simulace molekul. Kromě celé řady jiných pozoruhodných projektů, samozřejmě.


Karissa Sanbonmatsu. Kredit: Los Alamos National Laboratory.
Karissa Sanbonmatsu. Kredit: Los Alamos National Laboratory.

Simulací molekul se týká i nejnovější úspěch, který momentálně slaví v laboratořích Los Alamos National Laboratory. Jejich superpočítač Trinity, toho času šestý nejvýkonnější superpočítač světa, vytvořil doposud nejrozsáhlejší simulaci molekuly DNA. Tato simulace přitom zahrnovala miliardu atomů. Musela to být fajn zábava, simulace tohoto druhu ale rovněž přinášejí velmi cenné informace. Jak říká vedoucí výzkumu, strukturální bioložka Karissa Sanbonmatsu, detailní modelování velkých řetězců DNA významně přispěje k pochopení mechanismů, které souvisejí se zapínáním či vypínáním genů. Tyto mechanismy přitom hrají významnou roli v řadě závažných onemocnění.


DNA je unikátní molekula. Kromě toho, že slouží jako nosič biologické informace, si ji v poslední době oblíbili nanotechnologové, kteří ji používají jako skvělý a programovatelný stavební materiál. O fungování jednotlivých genů, jejichž informace je v DNA obsažena, rozhoduje celá řada faktorů, včetně uspořádání struktury samotné DNA. Detailní mechanismy, které ovládají vypínání a zapínání, či zesilování a zeslabování aktivity genů, ale stále nejsou úplně jasné.

Superpočítač Trinity. Kredit: Los Alamos National Laboratory.
Superpočítač Trinity. Kredit: Los Alamos National Laboratory.


Modelování struktury DNA na úrovni jednotlivých atomů je jednou z možných cest, jak tyto mechanismy fungování DNA rozkrýt. Problém je samozřejmě v tom, že DNA obsahuje astronomické počty atomů a simulování molekul DNA je proto extrémně náročné. Vyžaduje masivní výpočetní sílu, nejlépe v pořádném superpočítači.


Jak uvádí specialistka na fyziku polymerů Anna Lappala z týmu autorů, v současné době s kolegy zvládají modelování celých genů v podobě řetězce DNA, samozřejmě s nezbytnou pomocí superpočítače Trinity. V blízké budoucnosti by se měly objevit exascale superpočítače (s výkonem 1 exaFLOPS a větším), s nimiž bude podle Lappalové možné simulovat na úrovni atomů celé genomy. Exascale superpočítače budou mnohonásobně rychlejší než stávající špičkové stroje, takže to bude opravdu jízda.
Simulace velkých molekul, jako je tato rekordní s miliardou atomů, vycházejí z celé řady dosavadních experimentů. V tomto případě simulace zohlednily výzkum struktury chromatinu, čili materiálu chromozómů, tvořeného DNA a proteiny, metodou chromosome conformation capture, také data z kryo-elektronové mikroskopie a rentgenové krystalografie, a zároveň využily celou řadu sofistikovaných počítačových algoritmů.

Video:  Scientists create first billion-atom biomolecular simulation


Video:  Trinity Supercomputer Now Fully Operational


Literatura

Los Alamos National Laboratory 22. 4. 2019, Journal of Computational Chemistry online 17. 4. 2019.

Datum: 26.04.2019
Tisk článku

Kvantový moment - Crease Robert P., Goldhaber Alfred Scharff
 
 
cena původní: 350 Kč
cena: 294 Kč
Kvantový moment
Crease Robert P., Goldhaber Alfred Scharff
Související články:

Summit: USA přebírají titul nejvýkonnějšího superpočítače světa     Autor: Stanislav Mihulka (12.06.2018)
Budoucí americký superpočítač Aurora bude krotit jadernou fúzi     Autor: Stanislav Mihulka (02.09.2018)
Superpočítač na ISS nabídne astronautům lepší výkon a spojení     Autor: Stanislav Mihulka (04.11.2018)



Diskuze:

Gomora

Zdeněk; Vavroušek,2019-04-27 11:08:18

Není divu, že má klima na planetě narušené cykly, když na takovou hloupost a v porovnání s palčivými problémy na zemi mezi lidmi pozérskou pseudointelektuální spatlaninu potřebujete Vy vědci tak obludné stroje. Zamyslete se nad sebou a přestaňte si nalhávat, že je Vaše práce tak neodolatelně důležitá. Není! To funguje jen Váš pud sebezáchovy a Vy tak produkujete bludy jako DDT, glyfosát + tallow amin(POEA) a další sračky, i když víte, že je psychycky zaostalý a retardovaný tržní mechanismus uvede do praxe bez odpovídajícího testování.
Zkuste si mezi sebou složit třeba rubikovu kostku jestli to vůbec umíte. A neměl by náhodou vědec, který nesloží ani rubikovu kostku abdikovat a vrátit všechny vědecké tituly. ... Myslete ! Nepředstírejte, že myslíte !

Odpovědět


Re: Gomora

Milan Krnic,2019-04-27 13:30:18

To nejdůležitější, tedy určení viníka bychom měli.
Teď už jen zbývá, jak s ním naložit.
PS: kdybyste čirou náhodou objevil nějaké argumenty týkající se tématu, napište.

Odpovědět


Re: Gomora

Jan Novák9,2019-04-27 17:26:16

Koukejte vypnout internet ve své jeskyni!

To mám nejraději, říká jedno a dělá něco jiného. Bydlete v jeskyni, oblékejte se do kůží stáhnutých vlastnoručně vyrobeným pazourkovým nože a pak můžete mít kecy.
Když tohle napíšete počítačem na internet tak to jenom znamená že jste pokrytec na entou nebo idiot který neví co říká. Vyberte si sám...

Asi souhlasíte se soudruhem Jakešem který prohlásil: "Nebudeme se zabývat výzkumem polovodičů, počkáme až soudruzi vědci vynaleznou celé vodiče"

Lidstvo nemá žádný problém který by se nevyřešil sám od sebe snížením populace. V Evropě, Severní americe a Číně se populace snižuje. Jen je potřeba zastavit migraci a zajistit snížení populace v Africe a Indii.

Odpovědět

Co mi v clanku chyba

Radoslav Porizek,2019-04-27 02:03:28

V clanku som nenasiel, na akej urovni sa to simuluje: ab-inito vlnove funkcie, nejake ich priblizenia, alebo iba jednoduchy model posobenia atomov na zaklade ich vzdialenosti?

Rovnako, kolko krokov a aky casovy usek sa podarilo nasimulovat? Alebo sa jednalo o bezcasovu relaxaciu systemu?

Odpovědět


Re: Co mi v clanku chyba

Alexandr Kostka,2019-04-27 11:06:47

Není to naprosto fuk? Naše snaha o porozumění DNA je asi jako když děti rozebírají starý budík. Tu a tam některé zvládne vyměnit kolečka tak, že to i tiká. (obvykle špatně) A jedno nebo dvě nejbystřejší to dokonce složí i tak, že to funguje. Ale to z nich nedělá hodináře. Však celá "genetická manipulace" spočívá v tom, že jsme víc náhodou než cíleně našli pár úseků natolik univerzálních, že jdou zaměnit. A někdy to i opravdu funguje.

Odpovědět


Re: Co mi v clanku chyba

Peter Somatz,2019-04-27 14:50:48

Tu som nasiel https://www.researchgate.net/publication/279367146_Molecular_Dynamics_Simulations_of_the_Ribosome
ze na simulaciu ribozomu pouzili GROMACS. Ci to pouzili aj na tuto DNAcku netusim.
O gromacse pisu ze simuluje "newtonian mechanics", co sa mi zda malo, ale len som to tak prebehol.
Tipol by som ze vacsina tychto molecular mechanics packagov su silne parametrizovatelne a od toho ako to nastavia zavisi ci to bude simulovat gulecnik, alebo ab initio kvantovu chemiu.
https://en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_software_for_molecular_mechanics_modeling
Pozrel som aj TED talk tej Karissy, ale od momentu ako povedal/a ze to, ake budu pohlavne organy dietata sa urcuje v prvom trimestri (podla mna pri pocati) ma presla chut na dalsie badanie.
V kazdom pripade, mat taketo vykonne masiny je fajn, ale stale je prilis malo - sice vidia co a kde hybe, ale aky to ma hlbsi vyznam a ako sa to da opravit - k tomu je este stale velmi daleko.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace