洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)研究人员创造了迄今为止对整个DNA基因进行的最大模拟，这一壮举需要10亿个原子来建模，将有助于研究人员更好地理解和开发癌症等疾病的治疗方法。洛斯阿拉莫斯实验室的结构生物学家卡里萨·桑邦马祖(Karissa Sanbonmatsu)说：在这样的细节水平上理解DNA是很重要的，因为我们想准确地理解基因是如何开启和关闭的。知道这是如何发生的，可以解开多少疾病发生的秘密。
在原子水平上对基因进行建模是完整解释DNA如何膨胀和收缩的第一步，而DNA膨胀和收缩控制着基因的开关。Sanbonmatsu和团队在洛斯阿拉莫斯的Trinity超级计算机上进行了突破性模拟，这台超级计算机是世界上速度第六快。能力主要支持美国国家核安全管理局(National Nuclear Security Administration)的库存管理计划，该计划确保美国核库存的安全性、安全性和有效性。DNA是所有生物的蓝图，拥有编码人体结构和活动的基因。人体中的DNA环绕地球250万次，这意味着它以一种非常精确和有组织的方式被压缩。
- 一个由洛杉矶阿拉莫斯领导的团队创造了迄今为止最大，对整个DNA基因的模拟，这一壮举需要10亿个原子来建模。图片：Los Alamos National Laboratory
这个长长的、线状的DNA分子被缠绕在一个由微小分子线轴组成的网络中。这些线轴缠绕和放松的方式开启和关闭了基因。对这个线轴网络的研究被称为表观遗传学，这是一个新兴的科学领域，研究子宫内的身体如何发育以及疾病如何形成。当DNA更紧密时，基因关闭，当DNA膨胀时，基因开启。研究人员还不清楚这是如何发生的，以及为什么会发生。虽然原子模型是解开这个谜团的关键，但是在这个层次上模拟DNA并不是一件容易的事情，它需要巨大的计算能力。
洛斯阿拉莫斯的聚合物物理学家安娜·拉帕拉(Anna Lappala)说：现在，我们能够在洛斯阿拉莫斯Trinity超级计算机的帮助下，建立一个完整的基因模型。在未来，将能够利用百亿亿次超级计算机，这将给我们一个机会来模拟整个基因组。百亿亿级计算机是下一代超级计算机，运算速度将比目前计算机快很多倍。有了这种计算能力，研究人员将能够对整个人类基因组进行建模，从而更深入地了解基因是如何开启和关闭的。发表在《计算化学》(Journal of Computational Chemistry)上的这项新研究中
洛斯阿拉莫斯团队与日本理研所(RIKEN Center for Computational Science)，新墨西哥联盟(new Mexico Consortium)和纽约大学(new York University)的研究人员合作收集了大量不同种类的实验数据，并将它们放在一起，创建了一个与这些数据一致的全原子模型。通过实验，包括染色质构象捕获、低温电子显微镜和x射线晶体学，以及Jaewoon Jung (RIKEN)和Chang-Shung Tung (Los Alamos)的一些复杂的计算机建模算法，对这类模拟提供了信息。
参考期刊文献:《Journal of Computational Chemistry》
DOI: 10.1002/jcc.25840
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