NVIDIAのGPUを使って生細胞の3Dシミュレーションを作成–イリノイ大学

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　イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の科学者らが、生きたミニマルセル（最小限の要素から構成された細胞）の3Dシミュレーションを作成し、NVIDIAのGPUを利用して、20分にわたって7000の遺伝子情報処理をシミュレートした。このプロジェクトは、これまでで最も長く複雑な細胞シミュレーションだという。

　化学教授でイリノイ大学生細胞物理学研究所所長のZaida Luthey-Schulten氏は、「ミニマルセルと言っても20億個の原子が必要だ」と述べ、「GPUなしで、このような3Dモデルを現実的な人間の時間的尺度で実行するのは不可能だ」とした。

　シミュレーションでは、ミニマルセルの物理的特性および科学的特性を粒子レベルで再現した。ミニマルセルには、生存や機能、複製に必要な最小限の遺伝子しかない。それでも、生細胞の行動を模倣する動的モデルの作成により、科学者らは、生細胞内で起きる基本的プロセスについて洞察を得られた。

　「明らかになったのは、シミュレートした細胞が基本的行動を取るのは、そのようにプログラムしたからではなく、動態パラメーターと脂質構造をモデルに正しく組み込んだからということだった」（Luthey-Schulten氏）

　同氏が共同開発した「Lattice Microbes」は、GPUアクセラレーションを利用したソフトウェアで、現在はシミュレーション実行用にソフトウェアハブ「NVIDIA NGC」で提供されている。研究チームは、「NVIDIA Tensor Core GPU」でLattice Microbesを実行し、寄生細菌であるマイコプラズマのミニマルセルバージョンをシミュレートした。すると、マイコプラズマは、分子の膜透過にエネルギーのほとんどを費やした。

　今回の研究は、細胞全体のシミュレーションの可能性を示している。細胞全体をシミュレートできれば、やがては、現実世界の細胞に起きる変化がその働きにどう影響するか、科学者が予測するのに役立つだろう。

　研究により、NVIDIAがシミュレーションの実行にGPUをどの程度利用できるかも分かる。同社は科学者と協力して、細胞レベルのシミュレーションを開発しているが、気候変動のシミュレーションや予測を実行するために、デジタル版の地球を構築する計画も立てている。NVIDIAは、仮想コラボレーションとリアルタイムシミュレーションのプラットフォーム「Omniverse」にも大きな期待をかけている。