Des chercheurs basés à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ont créé une simulation unique de cellules vivantes à l’aide d’un logiciel accéléré par carte graphique NVIDIA pour simuler 2 milliards de lui-même qui se métabolisent et se développent comme une cellule vivante. La simulation de la cellule vivante contient son propre microcosme composé de milliers de composants responsables de la construction des protéines, de la transcription des gènes, de la production d’énergie et plus encore. La simulation 3D reproduit les caractéristiques physiques et chimiques à l’échelle des particules et fournit un modèle entièrement dynamique qui imite le comportement d’une cellule vivante que les chercheurs peuvent étudier.
Simulation de cellules vivantes
« Pour construire le modèle de cellule vivante, les chercheurs de l’Illinois ont simulé l’une des cellules vivantes les plus simples, une bactérie parasite appelée mycoplasme. Ils ont basé le modèle sur une version réduite d’une cellule de mycoplasme synthétisée par des scientifiques de l’Institut J. Craig Venter à La Jolla, en Californie, qui avait un peu moins de 500 gènes pour la maintenir viable. À titre de comparaison, une seule cellule d’E. coli contient environ 5 000 gènes. Une cellule humaine en compte plus de 20 000.
L’équipe de Luthy-Schulten a ensuite utilisé les propriétés connues du fonctionnement interne du mycoplasme, y compris les acides aminés, les nucléotides, les lipides et les métabolites à petites molécules pour construire le modèle avec de l’ADN, de l’ARN, des protéines et des membranes. Même une cellule minimale nécessite 2 milliards d’atomes », a déclaré Zaida Luthey-Schulten, professeur de chimie et codirectrice du Centre de physique des cellules vivantes de l’université. “Vous ne pouvez pas créer un modèle 3D comme celui-ci à une échelle de temps humaine réaliste sans GPU.”
« En utilisant le logiciel Lattice Microbes sur les GPU NVIDIA Tensor Core, les chercheurs ont exécuté une simulation 3D de 20 minutes du cycle de vie de la cellule, avant qu’elle ne commence à étendre ou à répliquer considérablement son ADN. Le modèle a montré que la cellule consacrait la majeure partie de son énergie au transport de molécules à travers la membrane cellulaire, ce qui correspond à son profil de cellule parasite. “Si vous faisiez ces calculs en série, ou au niveau de tous les atomes, cela prendrait des années”, a déclaré Zane Thornburg, étudiante diplômée et auteure principale de l’article. “Mais comme ce sont tous des processus indépendants, nous pourrions intégrer la parallélisation dans le code et utiliser les GPU.”
