Projekt Folding@home pomaže u traženju lijeka za Covid-19

Cilj ovog projekta je razumjeti mehanizme bolesti na molekularnoj razini i zatim pronaći slabosti koje mogu iskoristiti lijekovi.

AUTOR: CNet
OBJAVLJENO: 29.03.20 u 18:03
https://bit.ly/33VsBgz
Možda kod kuće nemate superračunalo, ali to ne znači da se ono koje imate ne može pridružiti najbržim strojevima na svijetu u borbi protiv Covida-19. Volonterski projekt Folding@home uspio je organizirati desetke tisuća običnih osobnih računala – poput vašeg – za analizu velikih digitalnih simulacija virusa koji uzrokuje bolest.

Cilj ovog projekta je razumjeti mehanizme bolesti na molekularnoj razini i zatim pronaći slabosti koje mogu iskoristiti lijekovi. Njihov softver, s instalacijama za Windows, Linux i Mac operativni sustav, dohvaća mali proces obrade s poslužitelja organizacije, zatim izvodi svoja računanja, i onda vraća rezultate koji se mogu uvrstiti u istraživačke studije. Kad završi s tim, vaše računalo dohvaća sljedeći problem.

Folding@home se već dva desetljeća bori protiv raznih bolesti, uključujući Alzheimerovu bolest i ebolu. Trenutna pandemija dovela je do toga da je Covid-19 sada na vrhu popisa, ali sve je veći i broj ljudi koji žele pomoći. Računala diljem svijeta imaju obilje neiskorištene snage procesora. Ljudi koji se bave uređivanjem videa, produkcijom glazbe, ali i gameri moraju spavati, a distribuirano računarstvo, pristup koji koristi ova aplikacija, može zauzeti računala dok to ne čine njihovi vlasnici.

Broj volontera se u odgovoru na širenje Covida-19 brzo povećao tijekom posljednja tri tjedna, postojećim aktivnim volonterima (30.000) pridružilo se još 700.000 novih, rekao je Greg Bowman, docent biokemije i molekularne biofizike na Sveučilištu Washington i direktor projekta.

Svi volonteri kreiraju kratki film o atomima koji stvaraju dijelove koronavirusa, a svaki film započinje s različitim rasporedom kretanja atoma. S tisućama ovakvih minifilmova istraživači mogu bolje razumjeti cjelokupno ponašanje virusa.

Performanse od 1.5 eksaflopsa

Ovaj projekt ne može računati jednako brzo o nekim važnim simulacijama kao superračunala. Ta mogućnost superračunala je ono što je omogućilo današnjem najbržem superračunalu Summit da preporuči 77 lijekova za eksperimentalno testiranje nakon samo nekoliko dana rada. Folding@home ograničeno je na projekte koji se mogu podijeliti na uglavnom nezavisne zadatke.

Ipak, kolektivna snaga projekta sada je veća od 1.5 egzaflopsa, odnosno trilijun računskih radnji u sekundi, kaže Bowman. To su tri četvrtine procijenjene brzine superračunala El Capitan od $600 milijuna, za koji se očekuje da će biti najbrži na svijetu kada stigne 2023. godine.

Mnoštvo novih dobrovoljaca zasulo je servere projekta. "Ograničava nas prikupljanje svih podataka koje ljudi šalju natrag i ispisivanje tih podataka na disk", kaže Bowman. Projekt je udvostručio broj servera u proteklom tjednu, a očekuje ih se još.

Folding@home je jedan od brojnih projekata distribuiranog računalnog pristupa, uključujući i jedan koji se zove Rosetta@home, koji se također bavi Covidom-19. Ostali projekti bave se rješavanjima pitanja iz astrofizike, predviđanjem klime, fizikom čestica, primarnim brojevima i još mnogo toga.

Napad na šiljasti protein koronavirusa

Virusi nastaju iz proteina, složenih molekula sastavljenih iz genetski kodiranih uputa u dugi niz atoma. Atomska fizika određuje kako se taj niz savija u složenu 3D strukturu. Lijekovi mogu poremetiti pravilan rad virusa tako što se zalijepe na njegove slabe točke.

Nitko ne može obećati uspjeh iz ovog projekta. Postoje skeptici i za distribuirano računarstvo, poput Priya Darshana Vashishte, profesora sa Sveučilišta u Južnoj Kaliforniji i stručnjaka za simulacije na atomskoj razini, koji nisu uvjereni da je ova tehnika učinkovit način za simulaciju komplicirane stvarnosti biokemije.

Simulacije moraju pratiti stanje ogromnog broja atoma koji međusobno komuniciraju električno, ponekad na relativno velikim udaljenostima proteina. Proteinsko okruženje također može promijeniti svoje ponašanje.

Praćenje svih tih interakcija zahtijeva da različiti simulacijski eksperimenti neprestano komuniciraju, za što je potrebno računalo izuzetno visokih performansi i s brzom internom komunikacijom. Kaže Vashishta.

"Ta komunikacija je vrlo dobra ako imate superračunalo. Za to su ona i napravljena", rekao je, dodavši da se distribuirano računanje ne može učinkovito nositi za zadatkom.

Pronalaženje slabosti ebole

Ipak, Folding@home je imao nekih uspjeha. Jedan njihov projekt otkrio je potencijalnu slabost virusa ebole koju bi lijek mogao iskoristiti.

Drugi projekt, koji se bavi otpornošću na antibiotike smještenoj u džepu jednog enzima, pomogao je identificirati male spojeve lijekova koji bi se mogli na njega vezati i suzbiti njegove učinke, kaže Bowman.

Folding@home se sada bavi strukturom novog koronavirusa, SARS-CoV-2. Jedna od meta su njegovi šiljasti proteini (S-proteini), vanjske izbočine koje se hvataju na ljudske stanice i prodiru u njih kako bi ih inficirale. Svaki šiljak napravljen je od tri identična proteina, kaže Bowman, a Folding@home simulacije dizajnirane su tako da modeliraju njihovu promjenjivu konfiguraciju dok se atomi kreću.

"Proteini su mali molekularni strojevi puni pokretnih dijelova", kaže Bowman. "Želimo razumjeti sve pokretne dijelove, saznati što dovodi do kvara i koristiti to za osmišljavanje novih terapija".

Projekt također pokušava pomoći istraživačima u potrazi za najboljim lijekovima kojim bi se mogao napasti koronavirus, kroz analizu velike knjižnice kandidata s najperspektivnijim fizičkim svojstvima, rekao je Jon Codera, sudionik u Folding@home i istraživač u Memorial Sloan Kettering Centru za rak. (Komentirao je to u raspravi na društvenoj mreži Reddit, točnije na podforumu PCMasterRace, na kojem se okupljaju gameri s jakim računalima).

Izrada molekularnih filmova

Čak i nesavršena simulacija može biti korisna, kaže Bowman, a Folding@home je dobar pristup za pokretanje mnogih varijacija istog proteina u različitim okolnostima kako bi se uočili trendovi.

Svaka simulacija šiljaka SARS-CoV-2 uključuje 50.000 atoma okruženih s još 350.000 atoma koji tvore njegov okoliš.

To nije nešto što bi se moglo izračunati na papiru, ali je nešto u čemu su računala dobra. A što drugo bi vaše računalo radilo preko noći?


Stephen Shankland/CNet
Prevela: Ružica Ereš