Los investigadores del Laboratorio Nacional de Los Alamos han creado la simulación más grande hasta la fecha de un gen completo de ADN, una hazaña que requirió mil millones de átomos para modelar y ayudará a los investigadores a comprender mejor y desarrollar curas para enfermedades como el cáncer.

"Es importante comprender el ADN a este nivel de detalle porque queremos comprender con precisión cómo se activan y desactivan los genes, "dijo Karissa Sanbonmatsu, biólogo estructural en Los Alamos. "Saber cómo sucede esto podría revelar los secretos de cuántas enfermedades ocurren".

Modelar genes a nivel atomístico es el primer paso hacia la creación de una explicación completa de cómo el ADN se expande y contrae. que controla el encendido / apagado genético.

Sanbonmatsu y su equipo ejecutaron la innovadora simulación en la supercomputadora Trinity de Los Alamos, el sexto más rápido del mundo. Las capacidades de Trinity apoyan principalmente el programa de administración de existencias de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear, que garantiza la seguridad, seguridad, y eficacia de las reservas nucleares de la nación.

El ADN es el modelo de todos los seres vivos y contiene los genes que codifican las estructuras y la actividad del cuerpo humano. Hay suficiente ADN en el cuerpo humano para envolver la tierra 2,5 millones de veces, lo que significa que se compacta de forma muy precisa y organizada.

El largo, La molécula de ADN en forma de cuerda está enrollada en una red de pequeños carretes moleculares. Las formas en que estos carretes se enrollan y desenrollan activan y desactivan los genes. La investigación de esta red de spool se conoce como epigenética, una nueva, campo de la ciencia en crecimiento que estudia cómo se desarrollan los cuerpos dentro del útero y cómo se forman las enfermedades.

Cuando el ADN está más compactado, los genes se apagan y cuando el ADN se expande, los genes están activados. Los investigadores aún no comprenden cómo o por qué sucede esto.

Si bien el modelo atomístico es clave para resolver el misterio, simular el ADN a este nivel no es una tarea fácil y requiere una potencia informática enorme.

"Ahora, pudimos modelar un gen completo con la ayuda de la supercomputadora Trinity en Los Alamos, "dijo Anna Lappala, físico de polímeros en Los Alamos. "En el futuro, podremos hacer uso de supercomputadoras a exaescala, lo que nos dará la oportunidad de modelar el genoma completo ".

Las computadoras a exaescala son la próxima generación de supercomputadoras y ejecutarán cálculos muchas veces más rápido que las máquinas actuales. Con ese tipo de potencia informática, los investigadores podrán modelar todo el genoma humano, proporcionando aún más información sobre cómo se activan y desactivan los genes.

En el nuevo estudio publicado en el Revista de química computacional 17 de abril el equipo de Los Alamos se asoció con investigadores del Centro RIKEN de Ciencias Computacionales en Japón, el Consorcio de Nuevo México y la Universidad de Nueva York para recopilar una gran cantidad de diferentes tipos de datos experimentales y juntarlos para crear un modelo de átomos que sea consistente con esos datos.

Las simulaciones de este tipo se basan en experimentos, incluyendo captura de conformación de cromatina, microscopía crioelectrónica y cristalografía de rayos X, así como una serie de sofisticados algoritmos de modelado por computadora de Jaewoon Jung (RIKEN) y Chang-Shung Tung (Los Alamos).