محققان آزمایشگاه ملی لاس‌آلاموس با انجام اولین شبیه‌سازی رایانه‌ای میلیون‌ها اتم در زیست‌شناسی، رکورد جهانی جدیدی را به ثبت رسانده‌اند. این پژوهشگران، موفق شدند نوعی شبیه‌سازی مولکولی از ریبوزوم را ایجاد نمایند. در این پروژه که ۶۴/۲ میلیون اتم در حال حرکت را شبیه‌سازی می‌کند ۶ برابر تمام شبیه‌سازی‌های زیست‌شناسی صورت گرفته تاکنون می‌باشد.
بزرگترین شبیه‌سازی زیست‌شناسی از ریبوزوم؛ ضروری‌ترین نانوماشین حیات
محققان آزمایشگاه ملی لاس‌آلاموس با انجام اولین شبیه‌سازی رایانه‌ای میلیون‌ها اتم در زیست‌شناسی، رکورد جهانی جدیدی را به ثبت رسانده‌اند. این پژوهشگران، موفق شدند نوعی شبیه‌سازی مولکولی از ریبوزوم را ایجاد نمایند. در این پروژه که ۶۴/۲ میلیون اتم در حال حرکت را شبیه‌سازی می‌کند ۶ برابر تمام شبیه‌سازی‌های زیست‌شناسی صورت گرفته تاکنون می‌باشد.
ریبوزوم‌ها را می‌توان قدیمی‌ترین کارخانه مولکولی دانست که وظیفه ساخت پروتئین در تمام ارگانیسم‌ها را بر عهده دارند و محققان لاس‌آلاموس به سرپرستی Kevin Sanbonmatsu برای اولین بار توانستند تمام ریبوزوم در حال حرکت را با دقت اتمی مشاهده کنند. با استفاده از این شبیه‌سازی ریبوزوم، می‌توان به روشی برای تعیین هدف‌های آنتی‌بیوتیکی احتمالی در بیماری‌هایی چون آنتراکس (نوعی بیماری کشنده دام‌ها با قابلیت سرایت به انسان) دست یافت. قبل از این، دسترسی به ساختارهای ریبوزومی تنها به صورت تصاویر لحظه‌ای امکان‌پذیر بود.
به عقیده Sanbonmatsu ، این روش، ابزار قدرتمند جدیدی در درک ماشین‌های مولکولی به شمار می‌رود و باعث بهبود کارآمدی آنتی‌بیوتیک‌ها می‌شود. زیرا داروهای آنتی‌بیوتیک با اندازه کمتر از یک هزارم اندازه ریبوزوم نقش آچار را در دستگاه سلولی دارند. این قبیل داروها، در بحرانی‌ترین نقاط این دستگاه مولکولی پراکنده شده و باعث توقف کار بخش داخلی ریبوزوم می‌شود. وی می‌گوید: “طراحی داروها تنها بر اساس ساختارهای ساکن ریبوزوم‌ها همانند آن است که تنها با دانستن موقعیت پرتاب و موقعیت هدف یک موشک و بدون هیچگونه اطلاعات راداری (ارزیابی آن در طی مسیر) بخواهیم آن را در بین راه منهدم کنیم.
بنابر این با روش شبیه‌سازی ابداعی ما، امکان ترسیم مسیر حرکت پرتابی موشک فراهم می‌شود.”
به نظر این محققان، این روش‌ها (ی شبیه‌سازی)، روش‌هایی میان رشته‌ای‌اند که علومی چون بیوشیمی، رایانه، زیست‌شناسی مولکولی، فیزیک، زیست‌شناسی ساختاری و مواد در آن دخیل‌اند. و نتایج حاصل از آن می‌تواند به منزله اثبات اصول مورد استفاده دانشمندان علوم مواد، شیمی‌دان‌ها و فیزیکد‌ان‌هایی باشد که در حوزه نوظهور “پردازش اطلاعات در مقیاس نانو” به انجام شبیه‌سازی‌های مشابهی از ماشین‌های مولکولی مشغول‌اند.
در این تحقیق محققان توجه اصلی خود را به رمزگشایی که مرحله‌ای اساسی در ساخت پروتئین سلول‌ها می‌باشد معطوف داشتند، زیرا در این مرحله است که اطلاعات RNA به پروتئین منتقل می‌گردد. این کار کامل کننده اطلاعاتی بودکه فرانسیس کریک در سال ۱۹۵۸ بدست آورده و با عنوان “عقیده اصلی در زیست‌شناسی مولکولی” شناخته می‌شد.
در واقع ریبوزوم را می‌توان نوعی رایانه نانومقیاس دانست که بسیار شبیه CPU برای سلول عمل می‌کند.
نقش بنیادین ریبوزوم در حیات به حدی است که بسیاری از پروتئین‌های این ماشین مولکولی در تمام ارگانیسم‌هایی که به لحاظ ژنتیکی بعداً پدید می‌آیند مشابه است.
دانشمندان در ادامه تحقیقات خود، با محوطه‌ای داخل ریبوزوم مواجه شدند که RNA جهت رمزگشایی باید از آن عبور می‌کرد و به نظر می‌رسد ایجاد این بخش تقریباً در تمامی سلول‌ها به عنوان یک مرحله اساسی وجود داشته باشد. این محوطه در واقع ناحیه جدیدی از ریبوزوم است که انواع مختلفی از هدف‌های آنتی‌بیوتیکی جدید را در خود جای داده است.
همچنین این شبیه‌سازی‌ها نشان داد که مولکول‌های انتقال دهنده ضروری یا همان RNA انتقالی، باید در دو نقطه انعطاف‌پذیر باشند تا رمزگشایی رخ دهد. این امر موجب تقویت این باور شد که RNA انتقالی عاملی اساسی در حرکت شبه ماشینی ریبوزوم است. همچنین این شبیه‌سازی‌ها، زمینه را برای تحقیقات بیشتر زیست‌شیمیایی در رابطه با رمزگشایی فراهم کرد. گفتنی است این شبیه‌سازی چند میلیون اتمی روی ۷۶۸ پردازشگر از ۸۱۹۲ پردازشگر در دسترس ماشین Q انجام شد.
نتایج کار این گروه، طی مقاله‌ای در گزارش آکادمی ملی علوم منتشر شد.
