你有电脑吗?启动并参与新冠状病毒的研究
项目 蛋白 备注
作者: 果壳©
2020-06-08 10:20:21
[ 闻蜂导读 ] 只要你有一台可以上网的电脑,你也可以帮助抗击这种流行病。 下面的动态图模拟了新冠状病毒的尖峰糖蛋白在现实世界中不断变化的外观。这种蛋白质非常重要,是病毒侵入细胞的关键。这一成果将为抗病毒药物的开发提供指导。 新型冠状病毒尖峰糖蛋白的动态模拟。新的冠状病毒通过尖峰糖蛋白与人类细胞上的ACE2受体蛋白结合,从而进入人类细胞|推特:@格雷格·鲍曼 你可能

只要你有一台可以上网的电脑,你也可以帮助抗击这种流行病。

下面的动态图模拟了新冠状病毒的尖峰糖蛋白在现实世界中不断变化的外观。这种蛋白质非常重要,是病毒侵入细胞的关键。这一成果将为抗病毒药物的开发提供指导。

新型冠状病毒尖峰糖蛋白的动态模拟。新的冠状病毒通过尖峰糖蛋白与人类细胞上的ACE2受体蛋白结合,从而进入人类细胞|推特:@格雷格·鲍曼

你可能会认为这是科学家利用巨大而昂贵的科学仪器创造的。但事实上,这个结果来自成千上万普通人的个人电脑。这个项目叫做折叠@home(直接翻译为“蛋白质折叠在家里”,官方网站链接),你也可以参与其中。

这个故事始于20年前。

20世纪60年代,科学家们开始尝试使用射电望远镜来监听来自太空的无线电信号,寻找外星智能生命的踪迹。分析这些数据需要巨大的计算能力。随着项目规模的扩大,分析所需的计算资源成为瓶颈。因此,在新千年的前夕,当互联网扩展到世界的各个角落时,他们想出了一个主意——从所有家庭收集计算机来一起完成计算任务。

SETI的创始人弗兰克·德雷克正在浏览射电望远镜收集的数据

1999年5月17日,SETI @ Home(在家搜索外星智能,“在家搜索外星智能”)正式上线。该项目由加州大学伯克利分校的程序员和天文学家共同运营,是最早的“自愿分布式计算项目”之一。参与这个项目的人不需要把他们的电脑邮寄到大学,他们只需要下载客户端。配置完成后,当电脑进入屏幕保护状态时,它会自动从服务器下载无线信号记录,并寻找来自外星生命的问候。

个人电脑的速度现在比那时快100多倍。即使这些计算任务随时执行,计算机的运行速度也不会减慢。因此,当前的项目不像SETI@Home那样仅限于屏幕保护,而是让用户选择何时运行它。用户可以选择仅在其他应用程序不太活跃时运行此项目,或者将它设置为在做其他事情时运行。

“自愿分布式计算”可以满足大规模科学计算的需要。它通过互联网整合了个人电脑的计算能力。巨大的计算任务在服务器端被分成许多小数据包,并通过互联网分发给个人电脑。个人电脑单独计算,然后送回服务器进行集成。你可以把“分布式计算”理解为一台特殊的超级计算机——传统的超级计算机是在一个巨大的计算机房里,通过电缆连接大量的处理器来一起完成计算任务。然而,自愿分布式计算使用互联网连接世界各地的处理器进行计算。

SETI@home项目于今年3月31日无限期结束,但官员们仍然鼓励每个人加入其他分布式计算项目,如COVID-19研究| setiathome.berkeley.edu

自从SETI@home问世以来的20年里,这一理念已经被应用到各个领域。现在,在伯克利大学的网络计算开放平台(BOINC)上,可以找到LHC@home用于分析大型强子对撞机数据的项目、爱因斯坦@home用于搜索脉冲星引力波的项目、素数网格用于寻找大素数的项目以及其他学科。也有许多独立的平台,如地震捕捉网络(用于检测地震)和Folding@Home(专注于蛋白质折叠和动力学),在文章的开头提到。

最初开发SETI@home的科学家没有想到,20年后,这项技术将被用于抗击全球瘟疫。当你读到这篇文章时,Folding@home正在拆解并向世界各地的计算机分发大量新的冠状病毒分析任务,以帮助抗击这一流行病。

蛋白质的动态图像分析

SETI@home上线一年半后,Folding@home发布了,当时数百万志愿者的电脑正在收听star 空的声音并寻找外星生命。科学家希望利用分布式计算的能力来模拟蛋白质折叠,然后了解它们在疾病中的作用,为寻找新药提供信息。在过去的20年里,该项目帮助分析了乳腺癌相关的异常激酶,发现了埃博拉病毒的潜在药物靶点,并预测了阿尔茨海默病中的异常蛋白质结构。

在项目7100天的运行结束和灾难性的2020年2月,生物物理学家格雷格·鲍曼在项目官方网站上宣布,他们已经开始将Folding@home应用到与新冠状病毒蛋白相关的工作中,并提高了与新冠状病毒蛋白相关的计算任务的优先级。

折叠@主场球队| foldingathome.org

蛋白质的基本单位是氨基酸,但氨基酸排列成长链后,需要折叠形成三维结构才能发挥功能。折叠过程、最终结构和折叠蛋白质的动力学都会影响蛋白质的功能,从而影响生命活动。

科学家有许多方法来分析蛋白质的静态结构。例如,冷冻电子显微镜显示了新冠状病毒的尖峰糖蛋白结构。然而,这些方法只能显示特定时刻的蛋白质图像。鲍曼打了个比方说:“实验方法捕捉到的蛋白质结构就像橄榄球员准备出发时的照片。我们可以看到队形安排,但我们看不到整场比赛。”

蛋白质的静态结构就像足球比赛的照片。你可以看到队形排列,但你看不到正常的比赛| foldingathome.org

然而,从这些静态图像开始,并进行计算机模拟,蛋白质中每个原子的运动可以被预测,可以改变形状的区域可以被显示,以便科学家可以看到整个比赛,然后据此制定攻击和防御策略。以埃博拉病毒为例,过去人们认为VP35蛋白没有药物作用位点,但不久前计算机模拟发现,在动态变化中产生的新结构对药物作用是可以接受的。

许多个人电脑硬件、视频游戏相关制造商和媒体也呼吁用户加入|推特:@个人电脑大师赛

虽然每个个人设备的计算能力可以忽略不计,但是巨大的数字之和使得可用的空空闲计算能力超出了每个人的预期。目前,世界上最强大的超级计算机是IBM的“Summit”,它可以每秒计算20亿次(每秒2x10^17次)。3月21日,鲍曼在社交媒体上宣布,Folding@home的总计算速度已经达到“顶点”超级计算机的两倍。仅仅五天后,他们惊讶地宣布计算速度已经超过每秒100亿次(每秒10 18次),比最先进的超级计算机高一个数量级。这些计算能力已被不断地投入到新冠状病毒蛋白的研究中。穗蛋白-ACE2蛋白结合物、新冠状病毒蛋白酶、抗体蛋白等模拟项目正在被拆分并发送给世界各地的参与者。

永远不会有太多的计算资源。除了经常洗手、戴口罩和尽可能呆在家里之外,只要有一台可以上网的电脑,任何人都可以为抗击艾滋病做出进一步的贡献。访问Folding@home项目的官方网站,下载客户端,安装并启动程序——此时,您的计算机已准备好接收任务并为特定药物的研发提供基本信息。

折叠@主运行界面。在官方网站上可以找到,目前正在运行的任务(PRCG:13851)是一项与非典相关的研究

此外,伯克利大学网络计算开放平台(BOINC)的生物医学项目Rosetta@home也专注于新的冠状病毒相关计算,你甚至可以在智能手机上运行它。

这场新爆发的流行病可能是自1918年大流行以来最严重的流行病。这一次,人类拥有了一种对抗疾病的全新武器。它曾经盯着无尽的星星看,现在它将帮助我们拯救生命。

更重要的是,即使是根本不懂医学或生物学的普通人也能为挥舞这把利剑做出一点贡献。毕竟,我们是数十亿人,相信这种力量足以克服困难。

参考

[1]克鲁兹马,弗雷德里克特,辛格S,维特哈尼N,齐默曼米,波特小,默德尔克,阿马拉辛格GK,鲍曼GR. 2020。通过模拟和实验,在埃博拉病毒的“不可降解”VP35蛋白中发现了一个神秘的变构位点。bioRxiv:2020.02.09.940510。

[2]https://setiathome.berkeley.edu/

[3]

[4]

[5]http://foldingathome . org/2020/03/15/coronavirus-what-was-do-and-how-you-help-in-simple-terms/

[6]

[7]https://medicine . wustl . edu/news/crowdsourced-super computing-project-set-sights-on-coronavirus/

[8]http://boinc.bakerlab.org/rosetta/rah/rah_about.php

相关文章

  • 验证码: 看不清?点击更换 看不清? 点击更换
  • 意见反馈
    意见反馈
    返回顶部