Исследователи разработали модель для точного прогнозирования радиационного повреждения ДНК, аминокислот и белков. Для ее использования не требуются эмпирические данные. Ученые из Корейского научно-исследовательского института атомной энергии используют технологию моделирования и симуляции для прогнозирования радиационного ущерба. Предложенная модель оценивает вред, нанесенный излучением ДНК и другим биомолекулярным соединениям.

В своей работе, описанной в статье в журнале Scientific Reports, исследователи изменили сложную структуру ДНК на крупнозернистую. Минимальные повторяющиеся звенья цепочки были представлены в виде отдельных частиц. С помощью такой упрощенной структуры исследователи оценивали уровень излучения в пространствах между отдельными «зернами».

Затем исследователи определили каждую точку, когда такие частицы повреждены. Исследование показало, что уровень излучения необходимого для повреждения варьируется даже в пределах одной и той же ДНК. В качестве эталона исследователи использовали момент разрыва связей между частицами. На основе полученных данных ученые создали «код симуляции», который точно рассчитывал влияние радиации.

Схематическое изображение процесса моделирования для плазмиды pBR322 (небольшой молекулы ДНК). а) Снимок плазмиды, полученный с помощью электронного микроскопа. b) Атомная модель плазмиды. c) Модель, созданная путем преобразования атомной модели в модель CG, в которой каждый нуклеотид представлен тремя видами крупных «частиц», соответствующими фосфату (зеленый), дезоксирибозе (желтый) и основанию (красный). d) Результаты моделирования. Изображение: Park et al., Scientific Reports

Исследователи отмечают, что существующие модели оценки повреждений, вызванных излучением, работают на основе эмпирических данных. Модель, предложенная в новом исследовании, может применяться к различным животным без предварительных данных и даже предсказывать структурные повреждения аминокислот и белков.

Исследование показало, что ошибка в прогнозе не превышает 14,2%, что соответствует существующим технологиям. При этом, кроме отказа от предварительных данных, новая модель точнее рассчитывает площадь и тип радиационного повреждения, поскольку оценивает влияние на отдельные частицы.

Авторы работы считают, что моделирование радиационного поражения может использоваться в различных областях, таких как космическая и медицинская промышленность, в дополнение к ядерной энергетике. Например, медики с помощью новой модели смогут заранее предсказать результат облучения и подготовиться к возможным последствиям.