2023 Szerző: Sophia Otis | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-21 01:49
A Los Alamos National Laboratory kutatói új világrekordot döntöttek az első millió atomos számítógépes szimuláció végrehajtásával a biológiában. A "Q Machine" szuperszámítógép segítségével Los Alamos informatikusai létrehozták a sejt fehérjetermelő szerkezetének, a riboszómának a molekuláris szimulációját. A 2,64 millió mozgásban lévő atomot szimuláló projekt több mint hatszor nagyobb, mint az eddig elvégzett biológiai szimulációk.
A riboszóma az ősi molekuláris gyár, amely a fehérjék szintéziséért felelős minden szervezetben. Az új eszköz segítségével a Kevin Sanbonmatsu vezette Los Alamos csapata elsőként figyeli meg a teljes riboszómát mozgásban az atomos részletekben. A riboszómának ez az első szimulációja új módszert kínál az olyan betegségek lehetséges antibiotikum-célpontjainak azonosítására, mint a lépfene. Eddig csak a riboszóma statikus, pillanatképes struktúrái voltak elérhetőek.
Az erőfeszítéseket leíró tanulmány megjelenik a Proceedings of the National Academy of Sciences október 24-i kiadásában.
Sanbonmatsu azt állítja, hogy ez a technika hatékony új eszközt kínál a molekuláris gépek megértéséhez és az antibiotikumok hatékonyságának javításához. Az antibiotikumok a riboszóma méretének egy ezrelékénél kisebbek, és majomkulcsként működnek a sejt gépezetében. Az ilyen gyógyszerek a molekuláris gépezet legkritikusabb helyeire diffundálnak, és leállítják a riboszóma belső működését.
"A pusztán a riboszóma statikus szerkezetein alapuló gyógyszerek tervezése hasonló lehet egy rakéta elfogásához, amely csak a kilövési és a célpontot ismeri, radarinformáció nélkül. Szimulációink lehetővé teszik, hogy feltérképezzük a rakéta röppályáját” – mondta Sanbonmatsu.
"A módszerek és következmények a biokémia, a számítástechnika, a molekuláris biológia, a fizika, a szerkezetbiológia és az anyagtudomány határfelületén vannak" - mondta Sanbonmatsu. "Úgy gondolom, hogy az eredmények az elvek bizonyítékát szolgálják az anyagtudósok, kémikusok és fizikusok számára, akik hasonló szimulációkat végeznek mesterséges molekuláris gépekkel a nanoméretű információfeldolgozás feltörekvő területén.
Sanbonmatu tanulmánya a dekódolásra összpontosít, a sejten belüli fehérjeszintézis alapvető fázisára, ahol az információ az RNS-ből a fehérjébe kerül, befejezve a Francis Crick által 1958-ban meghatározott és a Molekuláris Biológia Központi Dogmájaként ismert információáramlást. „A riboszóma valójában egy nanoméretű számítógép, és nagyon hasonló a sejt „CPU-jához” – mondta.
A riboszóma annyira alapvető az élethez, hogy ennek a molekuláris gépezetnek sok része azonos minden genetikailag szekvenált szervezetben. A projekt kidolgozása során a csapat azonosított egy folyosót a riboszómán belül, amelyen a transzfer RNS-nek át kell haladnia a dekódoláshoz, és úgy tűnik, hogy szinte teljes egészében univerzális bázisokból épül fel, ami arra utal, hogy evolúciósan ősi.
A folyosó a riboszóma egy új régióját képviseli, amely számos lehetséges új antibiotikumot tartalmaz. A szimulációk azt is feltárják, hogy az esszenciális transzlációs molekulának, a transzfer RNS-nek két helyen rugalmasnak kell lennie ahhoz, hogy a dekódolás megtörténjen, ami tovább erősíti azt az egyre erősödő meggyőződést, hogy a transzfer RNS a fő szereplője a riboszóma gépszerű mozgásának. A szimuláció a dekódolás jövőbeli biokémiai kutatásának alapjait is meghatározza 20, az akkomodációhoz fontos, univerzálisan konzervált riboszomális bázis azonosításával, valamint egy új szerkezeti kapuval, amely vezérlő mechanizmusként működhet a transzfer RNS-szelekció során.
A több millió atomos szimulációt a "Q" gép 8192 elérhető processzora közül 768-on futtatták. Sanbonmatsu a szimuláció kifejlesztésén dolgozott Chang-Shung Tunggal (Los Alamos), valamint Simpson Joseph-szel, a San Diego-i Kaliforniai Egyetemről.
A kutatás finanszírozását a National Institutes of He alth, a Los Alamos National Laboratory kutatási és fejlesztési alapja, valamint a Laboratórium intézményi számítástechnikai projektje biztosította.
Tekintse meg a Q gép képét a https://www.lanl.gov/asci/. címen
