البحث المستقبلي في علم وراثة داء الرشاشيات سيتم (ويجري) باستخدام أجهزة كمبيوتر ضخمة حيث تقوم بتحليل الجينوم بأكمله وتوليد كميات هائلة من البيانات من المعلومات المستقاة من تسلسل الروبوتات التي تقرأ جينومات كاملة لكائنات حية معقدة - الرشاشيات أو الإنسان. يحتوي الجينوم البشري على حوالي 3 مليارات حرف زوج أساسي تشكل معًا مجموعة معقدة من 20-25,000 جين.
يمكن تشغيل أو إيقاف تشغيل كل من هذه الجينات في مجموعة لا حصر لها من التعبير الجيني الذي لا يجعل الكائن الحي على ما هو عليه فحسب ، بل ينظم أيضًا استجابة جسم الإنسان للأحداث الخارجية مثل العدوى. من المحتمل أن الأخطاء في كيفية التعبير عن بعض هذه الجينات أو كيفية عملها تساهم في سبب تعرض البعض منا للعدوى الفطرية مثل داء الرشاشيات بينما معظمنا ليسوا كذلك.
من الواضح أن معرفة أي من هذا العدد الهائل من الجينات المسؤولة عن السماح بالعدوى الفطرية مهمة ضخمة ، لكنها أكثر تعقيدًا من ذلك. إذا أردنا تسلسل جينوم شخص واحد ، فلن نحصل إلا على معلومات محدودة للغاية حول أي من جيناتهم هي جينات القابلية للعدوى الفطرية. ربما هناك أكثر من جين واحد متورط؟ نتيجة لذلك ، نحتاج إلى ترتيب الجينومات للعديد من الأشخاص المصابين بداء الرشاشيات من أجل الحصول على انطباع أكثر دقة عن عدد الجينات المعنية ، والجينات التي تشارك في السماح بالعدوى الفطرية.
علينا أيضًا ترتيب تسلسل الجينومات للأشخاص الذين لم يصابوا بداء الرشاشيات حتى يكون لدينا شيء لمقارنة الأشخاص الخاضعين للاختبار به. بشكل عام ، سنحتاج إلى تسلسل عشرات الأفراد من أجل الوصول إلى استنتاجات موثوقة. يستغرق تحقيق هذا عدة أشهر.
قوة الكمبيوتر
حتى مع أقوى أجهزة الكمبيوتر في جامعة مانشستر هذا لا يزال يستغرق الكثير من الوقت. الاستثمار في موارد الحوسبة الجينية في إدنبرة أحدث قوة كمبيوتر أسرع 5 مرات من سابقه، ولكن هذا مجرد تقدم خطي وليس تغييرًا جذريًا في الأداء من المحتمل أن يؤدي إلى تسريع عمل الجينوم بشكل جذري.
بالإضافة إلى ذلك ، مهما كانت سرعة أجهزة الكمبيوتر هذه بالفعل ، فإن معدل التقدم في سرعة الحوسبة سيضطر إلى التباطؤ لأن التكنولوجيا الحالية ستصل قريبًا إلى حدودها الأساسية - على سبيل المثال ، تعمل أجهزة الكمبيوتر الحالية مع `` بتات '' تمثل حالتين - I و O لذلك لدينا الكثير والكثير من القوة ولكن فقط القدرة على العمل بـ "نعم" أو "لا". هذا لا يكفي لمعالجة الكتلة القادمة من البيانات الواردة - نحن بحاجة إلى تغيير كامل في كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر لتحقيق تسارعات أساسية في السرعة.
جوجل وبتات الكم
تعد Google ، بصرف النظر عن كونها شركة ضخمة تقدم خدمات إليكم وأنا ، أيضًا شركة أبحاث كمبيوتر. لقد كانت تعمل على هذا الحد الأساسي لسرعة الكمبيوتر لبعض الوقت وأعلنت للتو عن البناء الناجح لجهاز كمبيوتر يستخدم الجسيمات الكمومية بدلاً من "البتات". يمكن أن تعمل وحدات البت الكمومية مع العديد من الحالات مقارنة بـ "البتات" حتى تتمكن من تخيل كيف يمكن أن يؤدي ذلك إلى تسريع الأمور قليلاً. بدلاً من "نعم" أو "لا" ، يمكن لكل جسيم أيضًا تخزين "ربما" و "نعم ولا" وغير ذلك الكثير - كل من هذه الحالات الجديدة كانت ستأخذ العديد من البتات الحالية لتحقيق نفس الغاية.
لا يسعنا إلا أن نقدر التحسن الهائل في السرعة الذي يقدمه هذا من خلال جعل هذا الكمبيوتر الجديد مشكلة صعبة حقًا لحلها - مشكلة نعلم أنها ستستغرق الكمبيوتر باستخدام التكنولوجيا الحالية وقتًا طويلاً حتى تنتهي. تدعي Google أنه عند تعيين كمبيوتر حالي لمشكلة اختبار معينة ، سيستغرق حلها 10,000 عام - أفترض أنهم لم يختبروا ذلك بالفعل باستخدام تشغيل في الوقت الفعلي!
تفوق الكم
كم من الوقت استغرق الكمبيوتر الذي يستخدم البتات الكمومية لحل نفس المشكلة؟ سيكون من المدهش حقًا أن تفعل ذلك في غضون 100 عام ، وسيكون أمرًا لا يصدق إذا تمكنت من القيام بذلك في غضون 10 سنوات. في الواقع ، تدعي Google أنها لم تستغرق سوى 200 ثانية - حقًا تغيير خطوة في قوة الكمبيوتر لعلم الجينوم داء الرشاشيات.
إذا كنا قادرين على استخدام هذا النوع من الطاقة الحاسوبية لعمل علم الجينوم في المستقبل ، فسنحصل على نتائج في أجزاء من الثانية ، وتسريع العمل على جينوم داء الرشاشيات آلاف المرات ، مما يجعل من الممكن نظريًا إجراء فحوصات الجينوم الكاملة في زيارة واحدة للعيادة في المستقبل.