250 terabajtów danych i miesiące obliczeń. Sukces naukowców z Politechniki Gdańskiej

Małgorzata Gradkowska

Dzisiaj, 11:07

Na zdjęciu od lewej: mgr inż. Michał Jurkowski i dr inż. Miłosz Wieczór z Politechniki Gdańskiej Naukowcy z Gdańska współtworzyli badania, które mają pomóc lepiej zrozumieć DNA

Naukowcy z Politechniki Gdańskiej znaleźli się w gronie autorów jednego z największych dotychczas badań poświęconych właściwościom DNA. Międzynarodowy zespół zgromadził około 0,25 petabajta danych, czyli 250 terabajtów , które mają pomóc lepiej zrozumieć mechanizmy działania materiału genetycznego oraz stworzyć dokładniejsze modele wykorzystywane w biologii obliczeniowej i sztucznej inteligencji.

Badania przeprowadziło 14 zespołów naukowych skupionych w konsorcjum Ascona B-DNA Consortium (ABC). Ich celem było szczegółowe zbadanie mechanicznych właściwości różnych sekwencji DNA przy użyciu zaawansowanych symulacji komputerowych. Efekty prac opublikowano w czasopiśmie „Nature Communications”.

Miesiące symulacji i ćwierć petabajta danych

Projekt należy do największych przedsięwzięć tego typu. Łącznie wygenerowano około 250 terabajtów danych, które pozwoliły opisać procesy zachodzące w DNA w przedziale czasowym sięgającym 0,1 sekundy. W świecie biologii molekularnej to bardzo długi okres obserwacji.

Symulacje prowadzone były z dokładnością do femtosekund , czyli jednej biliardowej części sekundy. Dzięki temu badacze mogli śledzić zmiany zachodzące na poziomie pojedynczych atomów, a jednocześnie analizować zjawiska, które ujawniają się dopiero po wielu miesiącach obliczeń.

Symulacje odtwarzają przebieg badanego procesu w skali femtosekund, dzięki czemu możemy obserwować zmiany strukturalne zachodzące na poziomie atomu - wyjaśnia dr inż. Miłosz Wieczór z Katedry Chemii Fizycznej WChem PG, współautor publikacji. - Niemniej pewne elementy struktury DNA zmieniają się w skali mikro-, a nawet milisekund i dopiero miesiące symulacji pozwalają opisać te relatywnie rzadkie zjawiska językiem statystyki. To kolejny etap wieloletniego programu badawczego realizowanego przez konsorcjum ABC. W poprzednich odsłonach projektu powstały n arzędzia pozwalające przewidywać pozycjonowanie nukleosomów oraz obliczać koszt deformacji dowolnej sekwencji DNA .

Nowe wyniki zwiększają dokładność tych metod. Zdaniem naukowców umożliwią budowę bardziej precyzyjnych modeli opisujących zachowanie DNA oraz rozwój narzędzi wykorzystujących sztuczną inteligencję i uczenie maszynowe.

Wkład naukowców z Politechniki Gdańskiej

Zespół z Politechniki Gdańskiej odpowiadał za wykonanie części symulacji oraz analizę i wizualizację ogromnych zbiorów danych strukturalnych. Do ich opracowania wykorzystano również metody uczenia głębokiego.

W gronie współautorów publikacji znalazło się czterech naukowców związanych z Politechniką Gdańską:

dr inż. Miłosz Wieczór, obecnie pracujący w Katedrze Chemii Fizycznej Wydziału Chemicznego PG,

prof. dr hab. inż. Jacek Czub,

mgr inż. Michał Jurkowski

oraz dr Kazi Amirul Hossein, który obronił doktorat na Politechnice Gdańskiej w 2023 roku.

• Nasza praca nad symulacjami układów zawierających kwasy nukleinowe zaczęła się około 13–14 lat temu - mówi dr inż. Miłosz Wieczór. - Od tego czasu mamy stały wkład w rozwój i udoskonalanie nowych standardów, czego istotnym aspektem jest długofalowa współpraca z grupą prof. Modesto Orozco z Uniwersytetu w Barcelonie i prof. Giulią Palermo z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles.

Badacze podkreślają, że zgromadzone dane będą wykorzystywane do:

dalszych badań nad strukturą DNA,

tworzenia coraz dokładniejszych modeli biologicznych,

rozwoju algorytmów sztucznej inteligencji analizujących materiał genetyczny.

Istotne znaczenie ma również sposób przygotowania danych. Wszystkie zostały zapisane według jednolitego standardu, a komplet symulacji udostępniono w otwartej bazie danych. Oznacza to, że z wyników mogą korzystać badacze z całego świata, rozwijając własne analizy i modele .

Napisz komentarz

---

Źródło: Zawsze Pomorze