Komputerowe enzymy

Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego (ICM) - samodzielna placówka naukowa Uniwersytetu Warszawskiego, jest jednym z pięciu finalistów nagrody Computerworld Smithsonian Awards w kategorii Nauka.

Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego (ICM) - samodzielna placówka naukowa Uniwersytetu Warszawskiego, jest jednym z pięciu finalistów nagrody Computerworld Smithsonian Awards w kategorii Nauka.

IMC zgłosiło do nagrody pracę zatytułowaną: Visualization Techniques and Quantum-Classical Dynamics Software Tools for Simulations of Enzymatic Reactions (Techniki wizualizacyjne oraz oprogramowanie w dziedzinie kwantowo-klasycznej dynamiki molekularnej do symulacji reakcji enzymatycznych). Dla wielu dziennikarzy zebranych w Komitecie Badań Naukowych na konferencji prasowej angielska wersja językowa tematu okazała się równie niezrozumiała jak polska. Prof. Bogdan Lesyng, dyrektor naukowy ICM wyjaśnił na czym polegała ta praca i jej nowatorski charakter. Otóż opracowano oprogramowanie do symulacji reakcji zachodzących w enzymach. Na początku przygotowano teoretyczne modele fizyczne molekuł enzymatycznych. Wiadomo, że procesy zachodzące w molekule enzymu opisują równania fizyki klasycznej i kwantowej. Problem polega na "zszyciu" tych dwóch metod opisu świata atomów. Jest to miejsce we współczesnej nauce, w którym jest więcej hipotez niż twierdzeń. Zwłaszcza narzędziom matematycznym w tej dziedzinie jest jeszcze daleko do doskonałości. Do opisu i analizy przebiegu procesów nieliniowych pracownicy ICM napisali w Fortranie programy z wykorzystaniem równań fizyki klasycznej i kwantowej (w tym zależne od czasu równanie Schroedingera). Po wprowadzeniu parametrów badanego obiektu wykonano symulacje przebiegu procesów zachodzących w enzymie. Ocena jakości tak złożonego modelu może się odbyć jedynie na podstawie bezpośredniej obserwacji przebiegu reakcji na monitorze komputera. Zespół ICM opracował również narzędzia do wizualizacji rezultatów swoich obliczeń symulacyjnych. Uczestnicy spotkania mogli obserwować przebieg procesu odłączenia protonu (jądra atomu wodoru) od cząsteczki wody (trwający 10E-11 s) w sieci atomów tworzących enzym.

Do symulacji modeli reakcji enzymatycznych i ich wizualizacji wykorzystano komputer Cray Y-MP/EL98, w który wyposażone jest Centrum. Ze względu na to, że komputer ten jest wykorzystywany przez różne zespoły naukowe nie można było zatrudnić go wyłącznie do symulacji procesów zachodzących w enzymach. W związku z tym, jak poinformował dyrektor ICM prof. Marek Niezgódka, mimo dużej mocy komputera, obliczenia trwały ok. czterech tygodni. Centrum, aby utrzymać się w światowej czołówce planuje w najbliższym czasie rozbudowę swojego Craya. Naukowcy z ICM wchodząc do grona finalistów Computerworld Smithsonian Awards już po dwóch latach istnienia swojego ośrodka dowiedli, że warto w Centrum inwestować.

Osoby nie związane z nauką najczęściej pytają: "A co my będziemy z tego mieli?" Wiadomo, że enzymy biorą udział we wszystkich życiowych procesach. Symulacja na komputerze reakcji zachodzących w enzymach umożliwi opracowywanie leków na podobnej zasadzie jak zaprojektowano samolot Boeing 777. Zanim zaczęto jego budowę "odbył" on w komputerze próbne loty w różnych warunkach. Oczywiście, samolot nawet słynny Boeing 777, jest bardzo prymitywnym urządzeniem w porównaniu z przyrodą ożywioną jeśli idzie o liczbę elementów, wariantów i stopień złożoności. Dlatego pełna symulacja komputerowa procesów biologicznych, o ile w ogóle jest możliwa, będzie wymagała znacznie silniejszych komputerów niż największe z obecnie produkowanych. Nie czekając na takie komputery matematycy, informatycy, biofizycy robią pierwsze kroki w kierunku komputerowej symulacji procesów biologicznych, a jednym z nich jest praca polskiego zespołu z Uniwersytetu Warszawskiego.

Obecny na prezentacji projektu ICM dyrektor generalny Cray Research na Europę Wschodnią i Centralną Mike East poinformował, że zostały zniesione istniejące jeszcze dwa miesiące temu ograniczenia liczby procesorów w sprzedawanych do Polski przez Cray Research komputerach. Zostały więc jeszcze tylko dwa ograniczenia: finansowe oraz zakaz wykonywania obliczeń zmierzających do budowy broni strategicznych. Nieoficjalnie Mike East poinformował Computerworld, że jeszcze w tym roku planowane jest otwarcie w Warszawie biur przedstawicielstwa Cray Research na Europę Centralną i Wschodnią.


TOP 200