Naukowcy z Uniwersytetu Stanowego w Georgii dokonują przełomu w badaniach nad naprawą DNA dzięki superkomputerom, które symulują złożone mechanizmy komórkowe. Te innowacyjne badania mogą zrewolucjonizować leczenie chorób genetycznych oraz nowotworów, które stanowią poważne zagrożenie dla życia.

Zespół amerykańskich naukowców wykorzystuje superkomputer Summit w Oak Ridge National Laboratory do analizy wewnętrznych procesów naprawy DNA. W słowach Ivaylo Ivanova, profesora chemii na Uniwersytecie Stanowym w Georgii, "Jesteśmy zafascynowani tym, jak komórki regenerują swój materiał genetyczny". Badacze skupiają się na mechanizmie naprawy znanym jako naprawa przez wycinanie nukleotydów (NER), który odgrywa kluczową rolę w eliminowaniu uszkodzeń DNA spowodowanych przez promieniowanie UV oraz inne czynniki rakotwórcze.

Jak dokładnie działają superkomputery w kontekście badań nad NER?

Superkomputer Summit pomógł zrozumieć, jak molekularne mechanizmy naprawcze, w tym kompleksy białkowe NER, zmieniają kształt, aby skutecznie naprawiać uszkodzone nici DNA. Urazy wywołane przez promieniowanie UV czy dym tytoniowy mogą prowadzić do poważnych uszkodzeń genotypu na poziomie komórkowym, a badania koncentrują się na wyjaśnieniu procesu, w jaki DNA jest niwelowane przez kompleksy białkowe.

Ostatnie wyniki badań opublikowane w prestiżowym czasopiśmie "Nature Communications" przedstawiają model komputerowy kluczowego elementu NER – kompleksu przednacięciowego (PInC). PInC ma ogromne znaczenie w regulacji naprawy DNA w późniejszych etapach procesu NER. Badania nad strukturą i funkcją PInC mogą otworzyć drzwi do nowych terapii w walce z rakiem oraz schorzeniami genetycznymi.

Potencjalne zastosowania badań nad PInC są obiecujące. Zrozumienie, jak ten kompleks reaguje na uszkodzenia, może prowadzić do opracowania innowacyjnych metod leczenia nowotworów i chorób związanych z defektami w naprawie DNA, takich jak xeroderma pigmentosum. "Chcemy zgłębić mechanizmy, które rządzą tym, jak PInC zmienia się po fazie wykrywania uszkodzeń" – podkreśla Ivanov.

Zespół naukowców nie zamierza na tym poprzestać. Z planowanym uruchomieniem nowego superkomputera Frontier, będą mieli możliwość prowadzenia dalszych badań nad zaawansowanymi mechanizmami naprawy DNA. Frontier, uznawany za najpotężniejszy superkomputer na świecie, ma potencjał donowych odkryć, w tym procesów naprawczych związanych z transkrypcją, które są kluczowe dla funkcjonowania aktywnych genów.

Dzięki finansowaniu z Advanced Scientific Computing Research, badacze mają szansę lepiej zrozumieć wpływ mutacji na kompleks NER, co jest fundamentem do opracowania efektywnych terapii genetycznych i walki z nowotworami.

Ta rewolucyjna praca nie tylko zbliża nas do zrozumienia mechanizmów biologicznych, ale także daje nadzieję na przyszłość w obszarze medycyny genetycznej. Świat może być o krok bliżej do skuteczniejszych terapii, które uratują życie wielu ludzi.