闲置的治疗

在休息时间可以帮助找到治疗癌症和艾滋病的方法。卡特里娜Megget看着未来的研究,利用世界共同体网格的计算能力

不是每天,只是玩弄你的姆子可能解决一些人类最大的健康问题。但当你在你的咖啡或水冷却器闲聊,幕后你的电脑可以帮助找到治愈癌症或者艾滋病。事实上,160万个人电脑在空闲模式目前行驶到大量的虚拟模拟,从蛋白质折叠到药物的相互作用,作为世界上最大的公共人道主义的超级计算机被称为世界共同体网格(WCG)。

已经走过了六年的,IBM计划代表了个人电脑的网络属于530000名志愿者在全世界80多个国家。这种“网格”的工作原理是利用个人计算机的停机时间。而不是一个有趣的动画屏保,电脑运行各种计算使用专门开发的软件。当完成,结果发送回主服务器为科学家提供研究信息在追求治愈疾病。

它可能看起来像一个不干涉的方法,但美丽的网格是加快研究步伐,可能需要数年时间在昂贵耗时的实验室需要几个月通过相对便宜和环保世界共同体网格。网格从志愿者的电脑每秒钟接收7个计算结果。当每天执行的计算网格的数量相当于一个PC计算连续180多年,网格计算的天才变得明显。

“人多力量大,两个臭皮匠胜过一个诸葛亮,”约瑟夫Jasinski解释说,IBM的医疗保健和生命科学公司的项目主管研究所的尼尔·霍桑。“就像与人类同样的适用于计算机。

咱们在一起更强

概念以来,电脑一直在研究有很强的作用,执行复杂的算法等。然而,只是在最近几年,计算能力已经授予普通工人。这导致了一个显著的改善研究——多个处理器可以一起工作来执行计算速度。这使他们应对更为复杂的模型和制图的模拟。

网格技术出现之前,科学家们倾向于依靠独立的计算机没有连接到外部世界,彼此“Jasinski说。与互联网这开始发生变化,计算工作可以远程控制或发送给同事。对等网络,成本下降的处理器和多处理器的个人电脑的出现开始网格计算可行。”

在许多方面WCG革命,结合技术和有关电脑的集体力量和社会提供廉价的精神,快速和有前景的结果。但是Jasinski否认这是一个未来的技术,尽管几十年前网格计算可能被设想为科幻小说。的世界共同体网格是一个很好的例子如何聪明的世界池的善意,没有要求的人的想法和资源过度数量的金钱或时间,”他说。当世界面临着人口老龄化,提高慢性病治疗传染性疾病负担和糟糕,时间和金钱在医学研究是极其重要的。

这就是网格的由来。说,例如Jasinski’,如果我们有一百万个分子我们想要测试,看看他们会有效的新药,我们需要做一个计算为每个分子。如果我只有一台电脑,每个计算需要一分钟,它将带我一百万分钟或两年左右的时间来完成我的任务。另一方面,如果我有一百万台电脑我可以在1分钟内完成任务,每台计算机执行一个计算。

这已经是明显的现实。为“帮助抗击儿童癌症项目”,8000年的研究应该减少使用网格,千叶Akira Nakagawara说,主席在日本千叶大学癌症中心。在普通的实验室,是绝对不可能做这种研究,”他说。项目筛选三百万个小对六个目标化合物,希望找到约30的化学物质有可能治疗癌症儿童神经母细胞瘤。七个专门杀神经母细胞瘤细胞的化学物质已经敲定了第一个目标。

同样,单独的“帮助征服癌症”项目——这是8600万x射线晶体学分析图像来帮助理解癌症相关的蛋白质,能够大幅削减的研究时间。对网格的甚至是一个长期的项目,”伊戈尔Jurisica说在加拿大安大略癌症研究所。但没有WCG我们将无法在有生之年综合分析。“计算帮助团队识别特征基因或蛋白表达的签名”,可以协助诊断和监测疾病,或预测患者如何应对某些治疗。三个肺癌签名已经处于临床前阶段,类似的签名在白血病、卵巢癌、头部和颈部癌症的管道。

数字处理器

为斯坦Watowich在加尔维斯敦德州大学医疗分部,我们以这种方式做研究是显而易见的——特别是在疾病被认为是高风险地区,或在经济上缺乏吸引力。Watowich的团队使用WCG找到治疗治疗登革热和西尼罗河病毒和能够减少研究时间从25年估计在传统实验室多处理器计算机通过WCG几周。

在项目的第一阶段,团队调查大约15个不同的蛋白质可能是潜在的药物靶点,因为每个疾病发病机制中所起的作用。250万小分子药物样筛选对这15个蛋白,导致超过3500万对接模拟。现在在第二个阶段,这个数字已经减少到了5000有前途的候选人分子和团队运行自由能计算每个目标蛋白质。从这些计算,50个最好的绑定为每个目标蛋白质化合物将在生化检测,确认测试计算机预测。活性化合物将被评估在细胞培养分析和其他临床前测试的最终目标候选人很有前途的新药进入人类临床试验监管药品批准作为最终结果,Watowich说。

这不仅研究旨在攻击高流失率化合物通过开发过程通过提供更有前途的药物候选人应该改进监管机构批准的概率,Watowich说它也旨在展示可以加速药物发现通过完成准确的结合自由能计算高度分布式计算机资源。如果成功,我们基于网格的药物发现方法几乎可以应用到任何疾病分子触发器定义,”他补充道。

实验的结束?

那么这都指向网格计算机模拟取代传统的实验室工作吗?Jasinski说重要的是要看到两个互补的。“今天的科学要求这两种方法。电脑当然可以提供一定的效率,大大减少时间和费用。在某种程度上,有必要用物质进行实验。同样,他说生活中很少有事情是可靠的。电子模拟,虽然有优势,最后,只有好的计算模型的准确性,他说。假阳性确实存在,它需要额外的研究,消除这些。

对于寻找新药,Watowich补充说,候选人从基于网格的研究是没有不同的领导,已经进入了管道通过更传统的路径。他们仍需要进行大量的药物化学努力发展成为候选药物。然而,他说,更多的grid-generated领导意味着概率增加至少一个将成为批准治疗。

除了造型的限制,Jurisica认为计算将“彻底改变”。他指出,正是这种蛮力计算,使得成千上万的在肺癌预后签名的识别。的确,这导致Jurisica成功的团队准备一个新的WCG的建议,主要的思想是结合物理知识蛋白质相互作用,蛋白质障碍与失败的结晶和其他属性来预测co-crystallisation实验。

解决最困难的问题

Watowich指出,药物发现项目任意数量的忽视,罕见和传染病实际上是无限的。世界共同体网格的计算能力将允许研究人员认为超出了传统的计算和发射大型计算的范围努力准确模型物理过程。”他补充道,“WCG的相对较低的成本使它适合研究疾病没有提供一个有吸引力的大型制药公司的投资回报。

WCG的不仅是一个“令人难以置信的资源”,研究人员可能没有其他方法来检验自己的想法,Jasinski指出,这也是一个起始块攻击传统hard-placed治疗疾病。一个这样的疾病是艾滋病。根据全球卫生委员会,2008年,全世界有3340万人感染艾滋病毒,270万人新感染了病毒。尽管这种疾病可以用药物治疗,没有治愈。但或许更有问题,是病毒,通常称为“草率的复印机”,是不断发展的新变异导致耐药性。

阿瑟·奥尔森,从分子生物学系拉霍亚的斯克里普斯研究所,我们是使用世界共同体网格来解决这个问题。从医学的角度来看,进化的抵抗艾滋病病毒感染者是一个主要威胁他们继续生存。我们的方法是理解病毒耐药性的机制和开发治疗盒病毒从它无法逃避到一个角落里。团队是筛查300000多分子对多个两个目标网站HIV蛋白酶的变化,这是参与病毒成熟。通常我们希望惠特尔这个数字下降到30或40化合物,然后我们可以秩序和手放在我们的合作者来测试实验,”他说。

开放的可能性

研究使用WCG的未来不仅仅是看到蛋白质与其它分子相互作用。美国纽约大学的理查德·邦使用WCG预测蛋白质折叠。微生物的收藏里面和人类的皮肤,小组正在研究是否蛋白质来自这些生物体的基因——其中许多基因序列没有见过——执行新功能或如果他们产生的蛋白质结构类似于已知的结构。使用WCG的,我们可以开始回答这些问题或者发现新的酶或蛋白质支架在试图了解蛋白质折叠的全部空间,”凯文·德鲁说,博士生在邦的团队。通常情况下,这将是一个昂贵和耗时的运动但WCG可以帮助发现进实验室,他说。迄今为止,蛋白质翻译来自94多个基因组被折叠在这个项目。

事实上,基因和DNA预计在未来电网不断扩大的作用研究。Olson和他的团队已经在开始使用病人数据了解个体变异,以应对各种艾滋病毒治疗政权——一个步骤,他说,对更多的个性化治疗方法。Nakagawara同意,说网格可以用于更个性化的项目像基因组筛选或信号通路分析,这两个可以在新一代癌症治疗中发挥作用。WCG的可以应用于分析大数据集从DNA测序,获得转录组、蛋白质组学和化学结构使个人化药物成为可能。”

但这仅仅是冰山的一角时,网格的未来的研究潜力,Jasinski说。只要计算模型是没有真正的极限的各种研究领域网格可以导致的。电网已经被用于研究环境化学,如何产生更多有营养的食物和如何管理自然河道最大的好处。但Jasinski说,“我们也相信在天气和气候模型和网格可以帮助在社会科学和人文学科的研究主题——如文学比较研究、语言、音乐。我们不局限于物理科学,”他说。我们只受限于不同研究社区的创造力的能力来创建准确的计算模型。“空闲与否,有什么更好的借口要午休吗?

卡特里娜Megget是一个基于自由科学作家在伦敦,英国