In einem kürzlich veröffentlichten Artikel auf dem Cover der Biophysikalisches JournalDr. Rafael Bernardi, Assistenzprofessor für Biophysik am Department of Physics der Auburn University, und Dr. Marcelo Melo, Postdoktorand in Dr. Bernardis Gruppe, beleuchten die transformativen Fähigkeiten der nächsten Generation von Supercomputern bei der Umgestaltung der Landschaft der Biophysik.
Die Forscher in Auburn befassen sich mit der harmonischen Verschmelzung von Computermodellen und experimenteller Biophysik und bieten eine Perspektive für eine Zukunft, in der Entdeckungen mit beispielloser Präzision gemacht werden. Anstatt bloße Beobachter zu sein, sind die heutigen Biophysiker mit Hilfe fortschrittlicher Hochleistungsrechner (HPC) nun Vorreiter, die langjährige biologische Annahmen in Frage stellen, komplizierte Details beleuchten und sogar neue Proteine oder neuartige molekulare Schaltkreise entwerfen können.
Einer der wichtigsten Aspekte, die in ihrem Perspektivenartikel diskutiert werden, ist die neue Fähigkeit von Computerbiophysikern, komplexe biologische Prozesse, die von subatomaren bis hin zu Ganzzellmodellen reichen, außerordentlich detailliert zu simulieren.
Wie Dr. Bernardi ausdrückt: „Die neuen Exascale-Computer ermöglichen es Computerbiophysikern, über das experimentell Mögliche hinauszugehen und biologische Prozesse mit einem viel höheren Detaillierungsgrad zu simulieren. Beispielsweise können wir jetzt verstehen, wie sich pathogene Bakterien bei einer Infektion an Menschen binden.“ auf atomarer Ebene, generiert Daten für KI-Modelle und eröffnet neue Wege der Erkundung.“
In der Vergangenheit stützten sich Bereiche wie Physik und Chemie stark auf theoretische Modelle, um Experimente zu leiten. Heute steht die Biologie an einem ähnlichen Scheideweg, da neuartige Software und spezielle Hardware eine entscheidende Rolle bei der Entschlüsselung experimenteller Daten und der Entwicklung innovativer Modelle spielen.
Der erste öffentliche Exascale-Supercomputer Frontier, der Ende 2021 vom Oak Ridge National Laboratory eingesetzt wurde, verdeutlicht in Verbindung mit der raschen Verbreitung künstlicher Intelligenzwerkzeuge, die auf die Biophysik zugeschnitten sind, die tiefgreifenden Fortschritte, die unternommen werden, um Simulation und tatsächliche Beobachtung nahtlos zu verbinden.
Die durch die computergestützte Biophysik gewonnene Dynamik bedeutet einen monumentalen Wandel. Mit fortschreitender biophysikalischer Forschung wird erwartet, dass die nahtlose Integration experimenteller und rechnerischer Anstrengungen die Grenzen des Wissens neu definiert und den Grundstein für beispiellose Entdeckungen legt, die unser Verständnis der biologischen Welt neu gestalten könnten.
Mehr Informationen:
Marcelo CR Melo et al., Förderung von Entdeckungen im Zeitalter des Exascale-Computing: Wie die nächste Generation von Supercomputern sowohl rechnerische als auch experimentelle Biophysik ermöglicht, Biophysikalisches Journal (2023). DOI: 10.1016/j.bpj.2023.01.042
Bereitgestellt vom Fachbereich Physik der Auburn University