英伟达GPU化身造物主 20分钟从原子开始3D模拟活细胞，含500个基因编辑：LRS【新智元导读】在计

编辑：LRS
【新智元导读】在计算机里以原子级模拟一个活细胞需要多少个「肝」？最近有研究人员创造了一个完整的支原体细胞，还是活的！并且能够在电脑上模拟全部的物理、化学性质，整个模拟时间还不到20分钟！
从原子级开始，亲手创造一个细胞是什么体验？
最近，来自伊利诺伊大学厄巴纳·香槟分校（UniversityofIllinoisatUrbana-Champaign）的研究人员成功在原子粒度上模拟了一个最小的活细胞（livingminimalcell），使用到的加速设备为NvidiaTitanV和TeslaVoltaV100显卡，成功将模拟时间压缩到20分钟内。

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研究人员表示，该项目是迄今为止最长、最复杂的细胞模拟。因为原子（atom）是化学反应中不可再分的基本微粒，所以该模拟过程在粒子尺度上能够复制最小细胞的物理和化学特性。
从原子开始创造
提到从细胞开始创造生物，《孢子》（Spore）可以说是绕不过的一个「造物游戏」。
《孢子》游戏由Maxis开发，于2008年发行。游戏让玩家控制一个物种，使之从单细胞开始进化到智慧生命，进而进行空间探索。
【英伟达GPU化身造物主 20分钟从原子开始3D模拟活细胞，含500个基因】游戏一经发行，立刻火爆全球，毕竟谁能拒绝亲手创造出一个高达呢？

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Spore把一整个细胞作为初始状态，但实际上细胞也分为很多种类，有不同的物理、化学、生物性质，从原子开始模拟细胞，也许更适合「造物者」的身份。
即使是最小的细胞也包含了20亿个原子，如果让CPU来模拟的话，那不知道要猴年马月才能模拟一个原子的3D模型。

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GPU就不一样了，显卡天生就是为并行任务而生，这种并行计算的特性也让GPU在深度学习时代大放异彩。

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活细胞物理中心联合主任ZaidaLuthey-Schulten表示，只有借助GPU的能力，我们才得以成功从原子级的粒度上建立一个动态的细胞3D模型，这个最小的活细胞包含超7000个遗传信息过程（geneticinformationprocess）。研究成果已经发表在了《细胞》（Cell）期刊上。
最小的细胞具有精简的基因组，其中基因组已经被剥离到了只包含最基本的要素，只携带复制其DNA、生长、分裂和执行大多数其他定义生命的功能所必需的基因，来建立一个反映其行为的细胞计算机模型。
模型能够在原子尺度上绘制出3D空间中数千个细胞成分的精确位置和化学特征。它跟踪这些分子扩散通过细胞并相互相遇需要多长时间，它们发生时会发生什么样的化学反应，以及每一步需要多少能量。
为了构建一个最小细胞，来自J.CraigVenterInstitute的研究人员选择了一个最简单的活细胞——支原体（mycoplasma），一种寄生于其他生物体的细菌。

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这种支原体的构成中只包含不到500个基因，而相比之下，普通的大肠杆菌则有超5000个基因，人类细胞有超2万个基因，所以支原体的模拟相对来说更简单。
在之前的研究中， JCVI团队构建了一个合成基因组，并在富含细胞维持所需的所有营养和因素的环境中培养细胞。对于这项新研究，该团队添加了部分基因以提高细胞的活力。该细胞比任何天然细胞都简单，因此更容易在计算机上建模。