As placas de vídeo NVIDIA possibilitaram simular o comportamento de uma célula viva a partir de bilhões de átomos

Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign criaram um software acelerado por GPU para simular os processos de vida de uma célula de 2 bilhões de átomos. Os processos metabólicos ocorrem dentro da célula – ela vive e se desenvolve como se estivesse viva. A tecnologia nos permite dar uma resposta simples a muitas perguntas sobre o comportamento da célula em determinadas condições. E esses não são os dados dos cálculos finais – a célula “vive”, e os cientistas observam.

Fonte da imagem: NVIDIA

Apesar da extrema complexidade e detalhamento do modelo, não foi possível gerenciar sem simplificações. Mas mesmo um modelo simplificado simula 7.000 processos de processamento de informações genéticas durante um ciclo de vida celular de 20 minutos. Alega-se ser a simulação de célula mais longa e complexa até hoje. O número de genes modelo foi reduzido para 500 peças. Apenas o número mínimo de genes que é necessário para a sobrevivência da célula permanece. Para comparação, a E. coli contém informações em 5.000 genes. Os genes salvos permitiram que a célula se desenvolvesse normalmente em todos os sentidos e atingisse o estágio de replicação.

Os processos físicos e químicos no modelo digital foram reproduzidos no nível de interação dos átomos. Pode-se imaginar que, no caso de recursos computacionais suficientes, uma vida de qualquer complexidade possa ser programada dessa maneira, e ela nem suspeitará que esta seja uma vida real não material. Algum dia, mas muito, muito em breve, será possível digitalizar qualquer vida. Isso já foi comprovado na forma pequena.

O modelo celular produz proteínas, seus componentes produzem a energia que lhe dá vida, transcreve genes, entende as instruções para sua atividade vital e faz muito mais do que deveria ser uma célula viva real.

Estudar o modelo ajudará os cientistas a prever como a mudança das condições ou genomas de células reais afetará seu funcionamento. Isso é necessário para a busca de novos medicamentos e para estudar o curso das doenças. A otimização do pacote Lattice Microbes para rodar na GPU NVIDIA possibilitou observar o modelo digital da célula em tempo real. Além disso, o uso dos novos aceleradores RTX A5000 aumentou o desempenho do pacote em 40% em relação às GPUs NVIDIA anteriores.