Будущие исследования в области генетики аспергиллеза будут проводиться (и проводятся) с помощью огромных компьютеров, поскольку они анализируют целые геномы и генерируют огромные объемы данных из информации, полученной, когда роботы-секвенаторы считывают целые геномы сложных живых организмов. Aspergillus или человека. Геном человека содержит около 3 миллиардов букв пар оснований, которые вместе образуют сложный набор из 20-25,000 XNUMX генов.
Каждый из этих генов может быть включен или выключен в бесконечном множестве генной экспрессии, которая не только делает организм таким, какой он есть, но и регулирует реакцию человеческого организма на внешние события, такие как инфекция. Вполне вероятно, что ошибки в том, как некоторые из этих генов экспрессируются или как они функционируют, способствуют тому, что некоторые из нас уязвимы для грибковых инфекций, таких как аспергиллез, в то время как большинство из нас нет.
Выяснение того, какой из этого огромного количества генов отвечает за грибковую инфекцию, безусловно, представляет собой сложную задачу, но на самом деле она гораздо сложнее. Если бы мы секвенировали геном одного человека, мы получили бы очень ограниченную информацию о том, какие из его генов являются генами предрасположенности к грибковым инфекциям. Возможно, здесь задействовано более одного гена? Как следствие, нам необходимо секвенировать геномы гораздо большего числа людей, больных аспергиллезом, чтобы получить более точное представление о количестве задействованных генов и о том, какие гены вовлечены в грибковую инфекцию.
Мы также должны секвенировать геномы людей, у которых нет аспергиллеза, чтобы нам было с чем сравнивать испытуемых. В общем, нам нужно секвенировать десятки людей, чтобы прийти к надежным выводам. На это уходит много месяцев.
Мощность компьютера
Даже с нашим самые мощные компьютеры в Манчестерском университете это все еще занимает много времени. Инвестиции в использование ресурсов геномных вычислений в Эдинбурге современная вычислительная мощность, которая в 5 раз быстрее, чем у его предшественника, но это всего лишь линейная прогрессия, а не резкое скачкообразное изменение производительности, которое, вероятно, радикально ускорит работу в области геномики.
Кроме того, какими бы быстрыми ни были эти компьютеры, скорость роста скорости вычислений будет вынуждена замедлиться, поскольку современные технологии скоро достигнут своих основных пределов — например, современные компьютеры работают с «битами», которые представляют два состояния — I и O, поэтому у нас есть много-много силы, но только способность работать с «да» или «нет». Этого недостаточно для обработки предстоящей массы поступающих данных — нам нужно полностью изменить работу компьютеров, чтобы добиться фундаментального ускорения в скорости.
Google и квантовые биты
Google, помимо того, что это огромная компания, которая предоставляла услуги вам и мне, также является компанией, занимающейся компьютерными исследованиями. Он работал над этим фундаментальным ограничением скорости компьютера в течение некоторого времени и только что объявил об успешном создании компьютера, использующего квантовые частицы, а не «биты». Квантовые биты могут работать с гораздо большим количеством состояний по сравнению с «битами», так что вы можете себе представить, как это может немного ускорить процесс. Вместо «да» или «нет» каждая частица также может хранить «может быть», «да и нет» и многое другое — каждое из этих новых состояний потребовало бы многих текущих битов для достижения той же цели.
Мы можем по-настоящему оценить огромное увеличение скорости, которое это предлагает, только поставив перед этим новым компьютером действительно сложную задачу, которую, как мы знаем, потребуется много времени для решения компьютера, использующего современные технологии. Google утверждает, что когда они задают текущему компьютеру конкретную тестовую задачу, ему потребуется 10,000 XNUMX лет, чтобы решить ее — я полагаю, что они на самом деле не проверяли это, используя прогон в реальном времени!
Квантовое превосходство
Сколько времени понадобилось компьютеру, использующему квантовые биты, для решения той же задачи? Было бы действительно удивительно, если бы он смог сделать это за 100 лет, невероятно, если бы он смог сделать это за 10 лет. На самом деле, Google утверждает, что это заняло всего 200 секунд — действительно шаг вперед в мощности компьютера для геномики аспергиллеза.
Если мы сможем использовать такую вычислительную мощность для работы с геномикой в будущем, мы получим результаты за доли секунды, ускорив работу над геномикой аспергиллеза в 1000 раз, что сделает теоретически возможным проведение полных проверок генома за очень короткое время. разовое посещение клиники в будущем.