Форум программистов, компьютерный форум, киберфорум
Programma_Boinc
Войти
Регистрация
Восстановить пароль
Рейтинг: 1.00. Голосов: 3.

Грег Боуман возглавляет международный суперкомпьютерн­ый проект Folding@home.

Запись от Programma_Boinc размещена 11.06.2023 в 12:45

Грег Боуман возглавляет международный суперкомпьютерный проект Folding@home.

Боумен возглавляет международный суперкомпьютерный проект Краудсорсинговая компьютерная сеть и исследует структуру белка и ищет новые методы лечения болезней.

Грег Боуман, доктор философии, доцент кафедры биохимии и молекулярной биофизики Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, возглавляет суперкомпьютерный проект под названием Folding@home. Проект направлен на разгадку тайн динамики белков, включая процесс сворачивания, и их роль в здоровье и болезни.

Когда Грег Боуман представляет слайд-шоу о белках, которые он изучает, их трехмерные формы и узоры складывания воспроизводятся как анимация на большом экране. Когда он описывает эти молекулы, может быть легко упустить тот факт, что он не может видеть свою собственную презентацию, по крайней мере, не так, как это видят зрители. Боуман, официально признан слепым.

Кроме того, сейчас он возглавляет один из крупнейших в мире проектов по вычислительной биологии, основанный на краудсорсинге. Усилия направлены на то, чтобы понять, как белки принимают правильную форму, и какие структурные движения они претерпевают, выполняя свою работу по поддержанию здоровья тела.

Белки являются жизненно важными клеточными механизмами, и понимание того, как они собираются и функционируют — или неправильно функционируют — может пролить свет на многие из самых неприятных проблем в медицинской науке, от предотвращения болезни Альцгеймера до лечения рака и борьбы с устойчивостью к антибиотикам.

Проект, получивший соответствующее название Folding@home, опирается на мощность десятков тысяч домашних компьютеров для выполнения сложных вычислений, необходимых для моделирования динамики белков, которые изучают Боумен и его коллеги.

С такой сетевой вычислительной мощностью Folding@home, по сути, является одним из крупнейших в мире суперкомпьютеров. «Есть некоторые приверженцы традиционных суперкомпьютеров, которые могут не согласиться с такой характеристикой, — со смехом сказал Боуман.

«Folding@home — это не одна массивная машина, а распределенная вычислительная сеть. Тысячи добровольцев по всему миру загружают наше программное обеспечение и вносят свой вклад в проект на своих домашних компьютерах. Но с точки зрения чистой вычислительной мощности — количества вычислений, которые он может выполнять в секунду — он находится на одном уровне с самыми большими суперкомпьютерами в мире».

Боуман начал эту работу в лаборатории основателя Folding@home Виджая Панде, доктора философии, из Стэнфордского университета. Боумен получил докторскую степень в Стэнфорде и проводил там постдокторские исследования. После 18 лет у руля Панде выбрал Боумана, чтобы он возглавил компанию, благодаря чему Folding@home появился в следующем десятилетии и далее.

Команда Боумена использует распределенную вычислительную сеть, чтобы сделать масштабные вычислительные задачи более управляемыми. Сложная проблема, которую невозможно решить на одной машине, может быть разбита на более мелкие части и распределена на 1000 компьютеров для одновременного решения.

«У Грега уникальное сочетание навыков, — сказал Панде. «У него есть технические навыки, чтобы возглавить этот сложный проект, и у него есть навыки работы с людьми, чтобы управлять его распределенным характером, особенно учитывая тот факт, что в нем задействовано так много разных людей — как ученых, так и неученых. У Грега также есть прекрасное видение будущего этого проекта. Он не только будет следить за тем, чтобы задания шли вовремя, у него есть четкое представление о том, каким должен быть Folding@home через 10–20 лет».

Огромные вычислительные мощности Folding@home имеют решающее значение для понимания сворачивания белков — проблемы, которую Боуман называет классической грандиозной задачей в биохимии и биофизике.

Белки – это сырье, из которого состоит наш организм. Но они также являются молекулярными машинами, которые выполняют работу по созданию этих тел и обеспечивают их правильную работу. Чтобы выполнять свою работу, белок должен принять правильную форму. Если это не так, что-то пойдет не так. Боуман понимает это больше, чем большинство. Рожденный с нормальным зрением, Боумен постепенно терял зрение и к 9 годам официально стал слепым из-за наследственного заболевания, называемого болезнью Штаргардта. Форма ювенильной дегенерации желтого пятна возникает, когда белок, удаляющий отходы из клеток сетчатки, неправильно сворачивается и не может выполнять свою работу. В результате светочувствительные клетки сетчатки переполняются отходами и умирают, вызывая потерю центрального зрения.
Команда Грега Боумена слушает презентацию на собрании своей лаборатории.

Боуман сказал, что этот опыт пробудил страсть к биологии и стремление понять, что происходит, когда белки, на которые опирается наше тело, не работают должным образом. В конечном счете, он хотел бы найти способы исправить их. Но, будучи молодым студентом, Боумен быстро понял, что его путь в поле может выглядеть немного иначе, чем у обычного биолога. «Я узнал, что экспериментальная биология не очень доступна для людей с нарушениями зрения», — сказал Боуман. «По сути, я вижу в низком разрешении, в основном боковым зрением. Я могу ориентироваться в коридорах и лабораториях, но, например, я не могу читать по маленькому циферблату на пипетке.

«Когда я понял это, я также влюбился в компьютеры», — сказал он. «Я увидел, что навыки информатики и математического моделирования можно применить к биологическим проблемам.

Кроме того, одна из многих прелестей компьютеров заключается в том, что их действительно легко увеличивать. Я могу увеличивать изображение в 16 раз и прокручивать экран, чтобы читать научную статью или даже просто электронное письмо».
С помощью Folding@home Боуман и его коллеги изучают белки и то, как они складываются более чем в 16 раз. Действительно, они приближаются настолько, насколько это физически возможно — вплоть до атомного уровня. С помощью этого объединенного в сеть суперкомпьютера ученые могут моделировать белки на уровне отдельных атомов за долю времени, которое потребовалось бы даже для мощных одиночных компьютеров.

Многие важные биологические процессы, которые выполняют белки, происходят от миллисекунд до нескольких секунд. Это может показаться коротким, но для измерения атомов, когда они отскакивают друг от друга, требуется шкала времени в фемтосекундах — одна квадриллионная доля секунды. «Чтобы смоделировать свертывание всего за одну миллисекунду, даже для белка среднего размера, на первоклассном MacBook Pro потребуется около 500 лет», — сказал Боуман. «Но с помощью Folding@home мы можем разделить эти проблемы на множество независимых частей. Мы можем отправить их до 1000 человек одновременно. Выполняя эти расчеты параллельно, мы можем взять эти проблемы, на решение которых ушло бы 500 лет, и вместо этого решить их за шесть месяцев».

На момент написания этой статьи у Folding@home было более 110 000 добровольных участников по всему миру, которые поделились частью своих домашних вычислительных мощностей. Судя по видеороликам некоторых волонтеров, их причины для участия в проекте, как и у Боумена, личные. Программа дает пользователям некоторый выбор в том, в какие проекты они вносят свой вклад, заинтересованы ли они, среди прочего, в расширении исследований рака, предотвращении болезни Альцгеймера или борьбе с устойчивостью к антибиотикам.

Мэтью Круз, аспирант лаборатории Боумена, выступает с докладом на собрании лаборатории. Команда Боумена использует вычислительную мощность Folding@home для изучения того, как бактерии вырабатывают устойчивость к антибиотикам, и ищет способы борьбы с растущей угрозой лекарственно-устойчивых микробов.

Боуман предвидит будущее, в котором Folding@home станет отправной точкой для разработки новых лекарств. Прямо сейчас ученым часто приходится изучать только одну хорошо известную белковую структуру. Например, бета-лактамаза — это белок, который некоторые бактерии используют для защиты от антибиотиков, таких как пенициллин.

Белок имеет хорошо задокументированную, давно изученную структуру. Но эта структура представляет собой только один снимок бета-лактамазы в один момент времени. «Этот снимок содержит ценную информацию, — сказал Боуман.
«Но это все равно, что увидеть фото строительной машины на стоянке и попытаться угадать, что она делает. На самом деле, вам бы хотелось понаблюдать за тем, как эта штука двигается, и увидеть, как она работает вместе с другими механизмами, чтобы, скажем, построить здание.

Нам интересно наблюдать за тем, как движется каждый атом в белке — когда он впервые собирается и выполняет свою работу. Атомы в белке никогда не стоят на месте, они постоянно толкаются и перемещаются.

И одна генетическая мутация изменяет, может быть, дюжину атомов из тысячи. Мы хотим понять, что это делает со всем белком». Среди нескольких проектов собственная лаборатория Боумена использует Folding@home для поиска новых лекарств для борьбы с устойчивостью к антибиотикам.

Наблюдение за движением бета-лактамазы, например, уже выявило то, что Боумен называет «скрытыми карманами» — слабыми местами в белке, на которые могут воздействовать лекарства, но которые не видны на давно изученном снимке этого белка. Скрытые карманы обнаруживаются только тогда, когда белок движется. Поскольку Боумен видит мир немного иначе, чем большинство людей, Folding@home предлагает ученым другой взгляд на давно изучаемые белки, раскрывая решения биологических проблем, которые в противном случае могли бы остаться скрытыми от глаз. Чтобы заставить свой компьютер складывать белки, посетите веб-сайт Folding@home.

Боумен и сотрудники его лаборатории используют компьютеры для моделирования динамики белков, исследования, которые имеют значение для понимания и, возможно, лечения многих типов заболеваний. Исследователи приглашают гражданских ученых присоединиться к их усилиям, добровольно поделившись частью вычислительных мощностей своих домашних компьютеров. Посетите foldathome.org для получения дополнительной информации.

https://foldingathome.org/start-folding/
https://biochem.wustl.edu/faculty/bowman
https://medicine.wustl.edu/new... g-project/
Хотите принять участие в распределенных вычислениях, тогда, Вам сюда:
https://boinc.berkeley.edu/wiki/Simple_view
https://boinc.berkeley.edu/download_all.php
https://boinc.ru
Ссылка на git-хаб, где лежат исходники программы-клиента BOINC.
https://github.com/BOINC/boinc

Нажмите на изображение для увеличения
Название: BowmanLabMeeting1.jpg
Просмотров: 141
Размер:	574.7 Кб
ID:	8088

Нажмите на изображение для увеличения
Название: GregBowmanLabMeeting2.jpg
Просмотров: 122
Размер:	446.3 Кб
ID:	8089

Нажмите на изображение для увеличения
Название: GregBowmanProteinFolding.jpg
Просмотров: 118
Размер:	459.1 Кб
ID:	8090

Нажмите на изображение для увеличения
Название: MatthewCruz_BowmanLab.jpg
Просмотров: 128
Размер:	485.0 Кб
ID:	8091
Размещено в Без категории
Показов 652 Комментарии 0
Всего комментариев 0
Комментарии
 
КиберФорум - форум программистов, компьютерный форум, программирование
Powered by vBulletin
Copyright ©2000 - 2024, CyberForum.ru