我們與 DNA 的距離 十億原子計算模擬器誕生

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DNA 擁有編碼人體結構和活動的基因,更是所有生物的藍圖。人體內的 DNA 分子為長而弦狀,以非常精確和有組織的方式被壓縮和纏繞在一個微小的分子軸線網絡中,使得它能環繞地球 250 萬次。當 DNA 更加緊密時,基因就會被關閉,當 DNA 擴張時,基因就會被打開。然而,基因非常小加上活動速度很快,以至於人們拍攝任何照片或視頻幾乎是不可能的。科學家透過原子模型想要釐清所有的基因動態,但仍需大量電腦計算能力,才能達成。

近日,洛杉磯阿拉莫斯國家實驗室的結構生物學家 Karissa Sanbonmatsu 博士表示,他們與日本 RIKEN 計算科學中心、新墨西哥州聯盟和紐約大學組成的研究團隊合作,收集了大量不同類型的實驗數據,創造世界上第一個完整基因的計算機模擬器,能模擬十億個原子以上,將幫助人們進一步理解基因的運作模式,該研究刊登於《Journal of Computational Chemistry》。

為了模擬基因之間的動態,不僅需要模擬該單個原子,還需要模擬每對原子之間的電子和化學相互作用,因此需要一個龐大的計算量。阿拉莫斯國家實驗室的 Trinity 超級計算機能達成此目標,它是一個單奈秒(nanosecond)的基因模擬器,一奈秒即是十億分之一秒,能模擬超過十億個原子。

未來,人們能可望透過該模擬器建立全基因組運作模組,準確分析基因活化和關閉的機制和表觀遺傳的調控,以及它如何影響疾病的發生與進展。

延伸閱讀:八種遺傳字母 DNA 誕生 生命遺傳系統將改寫?

參考資料:
1. Journal of Computational Chemistry (2019). DOI: 10.1002/jcc.25840
2. https://www.upi.com/Science_News/2019/04/23/Scientists-model-DNA-gene-with-first-billion-atom-biomolecular-simulation/9771556022173/

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