百萬人貢獻電腦閒置運算力分析新冠病毒「摺疊蛋白」,運算力超越500台超級電腦

百萬人貢獻電腦閒置運算力分析新冠病毒「摺疊蛋白」,運算力超越500台超級電腦

透過Folding@Home專案,你可以利用自己個人電腦的空閒運算資源幫助預測SARS-CoV-2蛋白質的3D形狀,進而為尋找可以治療這種疾病的藥物出一份力。該專案已有超過100萬人的響應,運算力達到每秒1百億億次。

👉 加入T客邦telegram送《任天堂Switch大補丸》 ( https://bit.ly/35gy8ig )  

如果你被隔離在家,陪伴你的只有一台電腦,你會做什麼?

打遊戲、看劇或是成天在網路上閒晃?

也許幫助抗擊新冠疫情會更有意義一些,透過一個叫做Folding@Home專案,你可以利用自己個人電腦的空閒運算資源幫助預測SARS-CoV-2蛋白質的3D形狀,進而為尋找可以治療這種疾病的藥物出一份力。

百萬人貢獻PC共同分析新冠「摺疊蛋白」,算力=500台超級計算機

下載軟體安裝之後,就是一個簡潔的頁面,可以選擇你支持的研究,例如COVID-19,也可以選擇助力的程度,選擇Medium基本不影響電腦使用,但是選擇Full會讓電腦有點卡。

百萬人貢獻PC共同分析新冠「摺疊蛋白」,算力=500台超級計算機

早在1977年,生物學家Jean和Peter Medawar就提出病毒「只是包裹在蛋白質中的一條遺傳訊息」,病毒必須感染進入活細胞才能進行複製和傳播。

Folding@Home的研究人員Greg Bowman表示,SARS-CoV-2病毒的蛋白質主要用來抑制我們的免疫系統和自我繁殖,為了幫助對付SARS-CoV-2病毒,我們需要瞭解這些病毒蛋白是如何工作的,以及我們如何設計治療方法。

那普通人如何能幫助瞭解蛋白質呢?

首先我們要知道,蛋白質是由一系列被稱為氨基酸的化學物質組成的,在多數情況下,這些化學物質會自發地「摺疊」成緊密的功能性結構,就像一台機器一樣,決定蛋白質功能的是蛋白質成分的排列和移動方式。 

確定蛋白質結構的實驗方法很多,但它們一般只能揭示蛋白質通常形狀的一個特定時刻的形狀,但是蛋白質一般是運動的狀態,在實驗方法中錯失的結構可能是發現新療法的關鍵。

就像橄欖球比賽一樣,一般的實驗只能看到剛開場是球員擺列整齊的狀態,而我們需要瞭解的是整個比賽中所有人的運動狀態。

百萬人貢獻PC共同分析新冠「摺疊蛋白」,算力=500台超級計算機

這時候電腦模擬就上場了,我們可以通過電腦模擬來理解蛋白質的運動。電腦模擬蛋白質結構的過程就被稱為「摺疊蛋白」,但是這個運算量是巨大的,蛋白質可以在每個氨基酸之間扭曲和彎曲,所以一個含有數百個氨基酸的蛋白質有可能具有數量驚人的不同結構:數量級是1後面跟著300個零。

超級電腦也很難進行這樣的運算,於是Folding@Home就發起了針對SARS-CoV-2蛋白質的分散式運算專案,普通人在家中可以將自己個人電腦的運算資源貢獻出來,幫助進行「摺疊蛋白」的模擬。

目前已有一百萬人參加,運算能力=500台超級電腦

該專案如今已得到超過100萬人的響應,根據運作該分散式運算工作的團隊Folding@Home的說法,3月25日,該電腦的網路聯合運算能力就達到了每秒操作1,000,000,000,000,000,000次,即1百億億次。

這使其功能比目前世界上最快的傳統超級電腦IBM Summit還強大了六倍,到了上週一,該專案的運算能力又翻了一倍還多,刷新了2.4百億億次的新記錄,比前500台傳統超級電腦的總和還快。

這反映了全球的義工們對Folding@Home專案的巨大支持,大家只要用電腦下載運行一個簡單的軟體,就可以在家完成一些小任務來幫助確定蛋白質的3D物理結構。

 

瞭解蛋白質結構,將有助於開發抑製藥物

透過對蛋白質運動結構的模擬,可以尋找蛋白潛在的「藥物結合點」,進而開發出可以抑制病毒蛋白質的藥物。

在Folding@Home的最新研究中,他們模擬了一種來自伊波拉病毒的蛋白質,這種蛋白質通常被認為是「不可受藥」的,因為實驗中的蛋白質狀態沒有明顯的可藥物位點。

百萬人貢獻PC共同分析新冠「摺疊蛋白」,算力=500台超級計算機

但是,Folding@Home通過電腦模擬發現了另一種結構,確實有一個可藥物的點。重要的是,研究人員隨後進行了實驗,證實了我們的計算預測,目前他們正在尋找與這個新發現的結合位點相結合的藥物。

現在對於SARS-CoV-2研究的目的也是如此。

現在,這項研究已經得到了初步回報。Greg Bowman說,他們的其中一項工作就是持續關注SARS-CoV-2用於入侵人類細胞的「刺突蛋白」,刺突必須經過劇烈的張口運動,才能揭開細胞表層,最終與人類細胞進行結合,瞭解刺突究竟是如何打開的,這會非常有用,畢竟治療過程中的每一個步驟都可能是針對性治療。

「然而,至少以現有的實驗技術,我們還無法觀察到刺突是如何發生這種變化的,刺突張口狀態的數據也很有限。」但是僅僅幾個星期之後,這個團隊就通過該專案創建出一個仿真模型,模擬了刺突張開「嘴巴」的第一階段。

被比特幣歪樓的「全球共享分散式運算」專案

用強大的運算力對蛋白質的結構進行模擬顯然是一個非常有意義的專案,而號召全球的義工共享出自己的個人電腦,更是彰顯了人類在抗擊疫情中的團結合作。

但是這樣的專案的生存空間卻因為「挖礦」而越來越小。

比特幣和加密貨幣的興起抑制了Folding@Home和類似專案的發展,畢竟「挖礦」為空閒的個人計算資源提供了另一種不那麼無私的用途:「開採比特幣」就可以賺到真正的錢。

就在Folding@Home發佈Covid-19相關新任務的前不久,分散式運算工作的先驅專案SETI@home被關閉。

自1999年以來,SETI@home一直向世界各地的電腦發送射電望遠鏡數據,然後對這些數據進行分析,進而尋找外星生命的跡象。但是上個月,研究人員關閉了該計畫。

SETI@home的組織者說:「管理數據的分佈式處理對我們來說是個很麻煩的工作。我們現在需要集中精力對已有結果進行後端分析,然後發佈在科學期刊中。」

👉 加入T客邦telegram送《任天堂Switch大補丸》 ( https://bit.ly/35gy8ig )  

資料來源:

使用 Facebook 留言

發表回應

謹慎發言,尊重彼此。按此展開留言規則