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La toute première simulation d’un gène entier
Des chercheurs ont simulé un milliard d’atomes qui constituent un gène humain entier pendant une fraction de seconde. Il s’agit de la plus grande simulation de l’ADN humain et d’une étape importante vers le but ultime de la reproduction numérique du génome humain.
Image d’entête : le modèle atomique d’un gène humain entier. (Los Alamos National Laboratory)
Selon Karissa Sanbonmatsu, biologiste structurelle au laboratoire national de Los Alamos (Etat-Unis) :
Il est important de comprendre l’ADN à ce niveau de détail parce que nous voulons comprendre précisément comment les gènes s’activent et se désactivent. Savoir comment cela se produit pourrait révéler les secrets du nombre de maladies.
Sanbonmatsu et ses collègues ont réalisé leur étude sur le supercalculateur Trinity de Los Alamos, le sixième plus rapide au monde. Mais même pour ce monstre, simuler les complexités complexes de l’ADN fut un énorme défi qui exigeait toutes ses ressources informatiques. Le modèle est également assez lent, ne simulant qu’une nanoseconde d’activité moléculaire par jour.
L’ADN, ou acide désoxyribonucléique, est la matière héréditaire chez les humains et chez presque tous les autres organismes. Cette incroyable molécule contient toutes les instructions dont un organisme a besoin pour se développer, vivre et se reproduire. Sa structure est si bien compactée que tout l’ADN d’un corps humain pourrait l’enrouler autour de la terre 2,5 millions de fois.
La raison pour laquelle le plan de la vie est si compact est liée à la façon dont la molécule en forme de ficelle est enroulée dans un réseau de petites bobines. Les différentes façons dont ces bobines s’enroulent et se déroulent activent et désactivent les gènes. En d’autres termes, lorsque l’ADN est plus compacté, les gènes sont désactivés et lorsque l’ADN se développe, les gènes sont activés.
Les chercheurs ne comprennent pas encore tout à fait comment ce processus se déroule, c’est pourquoi ils ont mis au point ce modèle atomistique. La résolution de ce mystère pourrait un jour mener à de nouvelles thérapies géniques et applications médicales.
Mais avant cela, nous avons besoin d’ordinateurs beaucoup plus rapides. Modéliser des milliards et des milliards d’atomes se déplaçant tous en même temps nécessite des ressources phénoménales. Et, si nous voulons modéliser un chromosome entier (ou même le génome humain), les scientifiques devront attendre la prochaine génération de supercalculateurs, comme les ordinateurs Exascales, qui seront beaucoup plus rapides que les machines actuelles.
L’étude publiée dans The Journal of Computational Chemistry : Scaling molecular dynamics beyond 100,000 processor cores for large‐scale biophysical simulations et présentée sur le site du laboratoire national de Los Alamos : Scientists create first billion-atom biomolecular simulation.
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