TSU -fysikere undersøger strålingens virkninger på DNA

Forskere fra TSU's Laboratory of Experimental High Energy Physics og deres kolleger fra University of Bordeaux studerer nye måder at modellere virkningerne af lave doser af stråling på celleniveau. For første gang, fysikere vil simulere virkningerne af stråling på DNA og beregne sandsynligheden for at udvikle kræft i forskellige kemiske og biologiske miljøer.

Dette er et tværfagligt projekt, der kombinerer modellering i fysik, biologi og biokemi. Forskere vil undersøge de processer, der forekommer i cellen som følge af strålingseksponering på miljømolekyler og biologiske makromolekyler og efterfølgende fysisk -kemiske og biokemiske processer.

Når den udsættes for stråling på menneskekroppen, højfrekvent stråling eller højenergipartikler trænger ind i den levende celle, slår elektroner ud af de molekyler, der udgør det. Hvis der samtidigt optræder ioner i cellen, eller dens DNA er beskadiget, så kan cellen ikke fungere normalt. Alle disse processer vil blive gengivet af matematiske modelleringsprogrammer inden for Geant4 -softwarepakken.

"Dette integrerede modelleringsværktøj bruges allerede i nuklearmedicin til behandling af onkologiske sygdomme og er også efterspurgt inden for astronautik, for eksempel, til forberedelse af interplanetariske ekspeditioner fordi det hjælper med at forudsige strålingens effekt på astronauter og udstyr under et længerevarende ophold i rummet, "forklarer Alexander Khodinov, Leder af Laboratory of Experimental High Energy Physics på TSU.

I den første fase, beregninger vil blive foretaget ved hjælp af TSU's computerfaciliteter. Kompleksiteten af ​​sådant arbejde er, at beregningen af ​​hver cyklus eller hændelse tager op til en time på en moderne computer.

"Den virkelige repræsentation af selv en enkelt celle kræver beskrivelse af et antal komponenter, der kan sammenlignes med beskrivelsen af ​​en stor fysisk installation, "tilføjer Alexander Khodinov." Vi skal ikke kun kombinere alle modelleringsprocesserne i det samme miljø, men også øge hastigheden af ​​beregninger ved hjælp af hardware acceleratorer GPU og FPGA. "

Det nye projekt blev muligt takket være TSU -fysikers deltagelse i ATLAS- og CMS -eksperimenterne ved Large Hadron Collider (LHC) på European Center for Nuclear Research (CERN). Tilgange til oprettelse af computerprogrammer til LHC omfatter udvikling af metoder til parallel computing og analyse af store datamængder, som nu vil blive brugt til at studere effekten af ​​stråling på DNA.

Tidligere, Tomsk-forskere og deres kolleger fra Frankrig brugte Geant4-DNA-brugerprogrammet til modellering af elektroniske interaktioner i flydende vand. Resultaterne er beskrevet i artiklen "Geant4-DNA-eksempelapplikationer til sporstruktursimuleringer i flydende vand:en rapport fra Geant4-DNA-projektet."