Des chercheurs utilisent des GPU Nvidia pour simuler une cellule vivante
Image : instantané de la simulation 3D de 20 minutes, montrant les ribosomes jaunes et violets, les dégradasomes rouges et bleus, et des sphères plus petites représentant les polymères d’ADN et les protéines.
Des scientifiques de l’université de l’Illinois à Urbana-Champaign ont créé une simulation 3D d’une cellule minimale vivante, en utilisant des GPU de Nvidia pour simuler 7 000 processus d’information génétique en 20 minutes. Selon les scientifiques, ce projet est la simulation cellulaire la plus longue et la plus complexe réalisée à ce jour.
« Même une cellule minimale nécessite deux milliards d’atomes », indique dans un communiqué Zaida Luthey-Schulten, professeure de chimie et codirectrice du Centre pour la physique des cellules vivantes de l’université. « Vous ne pouvez pas faire un modèle 3D comme celui-ci à une échelle de temps humaine réaliste sans les GPU. »
La simulation reproduit les caractéristiques physiques et chimiques d’une cellule minimale à l’échelle de la particule. Une cellule minimale ne possède que l’ensemble minimal de gènes nécessaires à sa survie, à son fonctionnement et à sa réplication. Néanmoins, en créant un modèle dynamique qui imite le comportement d’une cellule vivante, les scientifiques ont pu se faire une idée des processus fondamentaux qui se produisent dans les cellules vivantes.
« Ce que nous avons découvert, c’est que des comportements fondamentaux émergent de la cellule simulée – non pas parce que nous les avons programmés, mais parce que les paramètres cinétiques et les mécanismes lipidiques étaient corrects dans notre modèle », explique Zaida Luthey-Schulten.
Un logiciel et trois GPU
Zaida Luthey-Schulten a codéveloppé un logiciel accéléré par GPU appelé Lattice Microbes, qui est maintenant disponible sur le hub logiciel Nvidia NGC pour exécuter la simulation. Les chercheurs ont utilisé Lattice Microbes avec trois GPU de l’architecture Nvidia Volta pour simuler une version minimale d’une bactérie parasite appelée mycoplasme.
La simulation a montré que la cellule consacrait la majeure partie de son énergie au transport des molécules à travers la membrane cellulaire.
Cette recherche, publiée dans la revue Cell, démontre le potentiel des simulations de cellules entières, qui pourraient à terme aider les scientifiques à prédire comment les changements apportés aux cellules du monde réel affecteraient leur fonction.
Cette recherche montre également dans quelle mesure Nvidia peut utiliser ses GPU pour effectuer des simulations. Si le géant de la technologie travaille avec des scientifiques pour créer des simulations au niveau cellulaire, il envisage également de construire un jumeau numérique de la Terre pour simuler et prévoir le changement climatique. Il fait un gros pari avec sa plateforme Omniverse, qui devrait permettre de tout simuler, des jumeaux numériques d’entrepôts, d’usines et de fabriques aux robots, aux voitures autonomes et aux humains.
Source : ZDNet.com
