Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont créé un logiciel accéléré par GPU pour simuler les processus vitaux d'une cellule de 2 milliards d'atomes. Les processus métaboliques se déroulent à l'intérieur de la cellule - elle vit et se développe comme si elle était vivante. La technologie nous permet de donner une réponse simple à beaucoup de questions sur le comportement de la cellule dans certaines conditions. Et ce ne sont pas les données des calculs finaux - la cellule "vit" et les scientifiques observent.
Malgré l'extrême complexité et le détail du modèle, il n'a pas été possible de se passer de simplifications. Mais même un modèle simplifié simule 7 000 processus de traitement de l'information génétique au cours d'un cycle de vie cellulaire de 20 minutes. Il s'agit de la simulation cellulaire la plus longue et la plus complexe à ce jour. Le nombre de gènes modèles a été réduit à 500 pièces. Il ne reste que le nombre minimum de gènes nécessaires à la survie de la cellule. A titre de comparaison, E. coli contient des informations dans 5000 gènes. Les gènes sauvegardés ont permis à la cellule de se développer normalement dans tous les sens et d'atteindre le stade de la réplication.
Les processus physiques et chimiques du modèle numérique ont été reproduits au niveau de l'interaction des atomes. On peut imaginer qu'en cas de ressources informatiques suffisantes, une vie de toute complexité puisse être programmée de cette manière, et elle ne soupçonnera même pas qu'il s'agit d'une vraie vie immatérielle. Un jour, mais très, très bientôt, il sera possible de numériser n'importe quelle vie. Cela a déjà été prouvé dans la petite forme.
Le modèle cellulaire produit des protéines, ses composants produisent l'énergie qui lui donne la vie, transcrit les gènes, comprend les instructions de son activité vitale et fait bien plus que ce qui est censé être une véritable cellule vivante.
L'étude du modèle aidera les scientifiques à prédire comment la modification des conditions ou des génomes de cellules réelles affectera leur fonctionnement. Cela est nécessaire pour la recherche de nouveaux médicaments et pour l'étude de l'évolution des maladies. L'optimisation du package Lattice Microbes pour fonctionner sur le GPU NVIDIA a permis d'observer le modèle numérique de la cellule en temps réel. De plus, l'utilisation des nouveaux accélérateurs RTX A5000 a augmenté les performances du package de 40 % par rapport aux GPU NVIDIA précédents.
2022-01-22 16:01:37
Auteur: Vitalii Babkin