Pesquisadores do Laboratório Nacional de Los Alamos criaram a maior simulação até hoje de um gene inteiro de DNA, uma façanha que exigiu um bilhão de átomos para modelar e ajudará os pesquisadores a entender melhor e desenvolver curas para doenças como o câncer.

"É importante entender o DNA neste nível de detalhe porque queremos entender precisamente como os genes ligam e desligam, "disse Karissa Sanbonmatsu, um biólogo estrutural em Los Alamos. "Saber como isso acontece pode desvendar os segredos de quantas doenças ocorrem."

A modelagem de genes no nível atomístico é o primeiro passo para a criação de uma explicação completa de como o DNA se expande e se contrai, que controla a ativação / desativação genética.

Sanbonmatsu e sua equipe executaram a simulação revolucionária no supercomputador Trinity de Los Alamos, o sexto mais rápido do mundo. Os recursos do Trinity apoiam principalmente o programa de gerenciamento de estoque da Administração de Segurança Nuclear Nacional, que garante a segurança, segurança, e eficácia do estoque nuclear do país.

O DNA é o projeto de todas as coisas vivas e contém os genes que codificam as estruturas e atividades do corpo humano. Há DNA suficiente no corpo humano para envolver a Terra 2,5 milhões de vezes, o que significa que é compactado de uma forma muito precisa e organizada.

O longo, molécula de DNA em forma de cadeia é enrolada em uma rede de minúsculos, bobinas moleculares. As maneiras como esses carretéis se enrolam e se desenrolam ligam e desligam os genes. A pesquisa nesta rede de spool é conhecida como epigenética, um novo, campo crescente da ciência que estuda como os corpos se desenvolvem dentro do útero e como as doenças se formam.

Quando o DNA está mais compactado, genes são desligados e quando o DNA se expande, genes estão ativados. Os pesquisadores ainda não entendem como ou por que isso acontece.

Embora o modelo atomístico seja a chave para resolver o mistério, simular DNA neste nível não é uma tarefa fácil e requer um grande poder de computação.

"Agora mesmo, fomos capazes de modelar um gene inteiro com a ajuda do supercomputador Trinity em Los Alamos, "disse Anna Lappala, um físico de polímeros em Los Alamos. "No futuro, poderemos usar supercomputadores exascale, o que nos dará a chance de modelar o genoma completo. "

Os computadores Exascale são a próxima geração de supercomputadores e executam cálculos muitas vezes mais rápido do que as máquinas atuais. Com esse tipo de poder de computação, pesquisadores serão capazes de modelar todo o genoma humano, fornecendo ainda mais informações sobre como os genes são ativados e desativados.

No novo estudo publicado no Journal of Computational Chemistry 17 de abril a equipe de Los Alamos fez parceria com pesquisadores do RIKEN Center for Computational Science no Japão, o Consórcio do Novo México e a Universidade de Nova York para coletar um grande número de diferentes tipos de dados experimentais e colocá-los juntos para criar um modelo de todos os átomos que seja consistente com esses dados.

Simulações deste tipo são informadas por experimentos, incluindo a captura da conformação da cromatina, microscopia crioeletrônica e cristalografia de raios-X, bem como uma série de sofisticados algoritmos de modelagem de computador de Jaewoon Jung (RIKEN) e Chang-Shung Tung (Los Alamos).