Superpočítač zvládl úspěšně simulaci řetězce DNA s celým genem

Rozluštit všechna tajemství DNA člověk bez pomoci technologií nezvládne
 Věda a Výzkum 
02. června 2019 10:14 / Depositphotos
  0   0
DNA je unikátní molekula. Kromě toho, že slouží jako nosič biologické informace, si ji v poslední době oblíbili též nanotechnologové. V laboratořích Los Alamos National Laboratory si nyní připsali skvělý úspěch, když superpočítač Trinity zvládl simulaci řetězce DNA s celým genem, který tvořila miliarda simulovaných atomů.

O fungování jednotlivých genů, jejichž informace je v DNA obsažena, rozhoduje celá řada faktorů, včetně uspořádání struktury samotné DNA. Detailní mechanismy, které ovládají vypínání a zapínání či zesilování a zeslabování aktivity genů, ale stále nejsou úplně jasné. Přitom více poznání může přinést do budoucna naději i pro řadu těžce nemocných pacientů.

Modelování struktury DNA na úrovni jednotlivých atomů je tedy jednou z možných cest, jak tyto mechanismy fungování DNA rozkrýt. Problém je však v tom, že DNA obsahuje astronomické počty atomů a simulování molekul DNA je proto extrémně náročné. Vyžaduje masivní výpočetní sílu. A k tomu je potřeba superpočítač. Ne všude ho mají vědci k dispozici. Tam, kde ano, pak takové současné superpočítače nadšeně simulují velké molekuly.

Seznámení se s mechanismy DNA může pomoci v řadě onemocnění

To se podařilo v laboratořích Los Alamos National Laboratory. Zdejší superpočítač Trinity, toho času šestý nejvýkonnější superpočítač světa, vytvořil doposud nejrozsáhlejší simulaci molekuly DNA. Pro účastníky akce to jistě bylo vzrušující, daleko větším bonusem úspěchu je ale to, že simulace tohoto druhu přinášejí velmi cenné informace. Zde se například dalo pochopit mechanismy, které souvisejí se zapínáním a vypínáním genů. Pomohlo k tomu detailní modelování velkých řetězců DNA. Nutno doplnit, že zmíněné mechanismy hrají významnou roli v řadě závažných onemocnění.

Podle specialistky na fyziku polymerů Anny Lappaly, která je jednou z osob týmu autorů, v současné době s kolegy zvládají modelování celých genů v podobě řetězce DNA. Nepodařilo by se to však, kdyby k tomu neměli superpočítač Trinity.

V blízké budoucnosti by se měly objevit exascale superpočítače (s výkonem 1 exaFLOPS a větším), s nimiž bude možné simulovat na úrovni atomů celé genomy. Exascale superpočítače budou mnohonásobně rychlejší než všechny stávající špičkové stroje.

Co jsou to superpočítače?

I když o mnoha počítačích během hovorů slyšíme, že jsou „super“, asi lze vytušit, že přívlastek superpočítač má svůj specifický význam. Hranice pro označení superpočítač není však nikde přesně definovaná. V některých pramenech se hovoří o minimálně desetinásobně vyšším výkonu oproti běžně dostupným počítačům, avšak za superpočítače jsou s jistou mírou nadsázky označovány i méně výkonná, avšak zajímavá řešení (například superpočítač z Raspberry Pi).

Pokud se budeme držet technických údajů, pak je třeba dodat, že výkon superpočítačů je měřen v jednotkách FLOPS (FLoating Point Operations Per Second), přičemž se využívají její SI násobky, např. „TFLOPS“ (1012 FLOPS, napíšeme jeden teraflops). Měření je založené na benchmarku, který počítá operace s velkými maticemi.

Nejrychlejší superpočítač má americké ministerstvo energetiky

Superpočítač je v informatice označení pro velmi výkonný počítač, v poslední době nejčastěji ve formě počítačového clusteru. To je spojení mnoha běžných počítačů dohromady, obvykle za pomoci speciální vysokorychlostní sítě.

Nejrychlejším superpočítačem světa byl v červnu 2016 čínský superpočítač Sunway TaihuLight, který dosahuje rychlosti přibližně 93 petaflops. Od loňského listopadu ho předstihl superpočítač Summit s rychlostí 200 petaflops z laboratoří amerického ministerstva energetiky Oak Ridge National Laboratory (ORNL).

Superpočítače jsou používány pro výpočetně náročné úlohy a „velké“ úlohy, např. výzkum genomu, fyzikální modelování (např. modelování jaderných výbuchů, předpovídání počasí), kryptoanalýzu apod. První superpočítače byly přitom vytvořené již v šedesátých letech Seymourem Crayem. Veřejnosti byly zpřístupněné prostřednictvím jeho firmy Cray Research. Čtěte také: Průlomový vývoj: Již brzy se naše mozky připojí k počítačům a vytvoří tak internet myšlenek.

Terezie Zamlynová | inStory.cz
Komentáře
Reklama

Mohlo by vás zajímat

tech

Už znáte aplikaci, která vám v Praze výrazně ulehčí život?

Dům a zahrada

Ideální způsob, jak uchovat houbám skvělou chuť

Cestování

Orientální pohádku, luxus a příjemné teploty. To všechno nabízí marocký Marrákeš

Zavřít reklamu