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亚利桑那州的大学参与新型冠状病毒肺炎(COVID-19) 的建模和模拟工作。

编者按:本文收录于2020秋季杰出毕业生系列
2020 / 08 / 03

在新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情持续影响世界的同时,亚利桑那州立大学,北亚利桑那大学和亚利桑那大学的计算研究中心团结一致,为Folding @ home项目做出贡献。该项目利用闲置的计算能力对重大的科学研究和治疗药物研究做出了重要贡献。

亚利桑那计算研究联合会利用先进的计算资源在本地超级计算机的短暂空闲期执行复杂的蛋白质建模计算。在不影响日常研究的同时,亚利桑那研究计算联合会在停机期间运行计算,通过Folding @ home项目为新型冠状病毒肺炎(COVID-19)建模和仿真工作做出贡献。

什么是Folding @ home项目?

Folding @ home项目为世界各地科研人士提供了对全球各种科学研究做出贡献的机会,其中包括了对COVID-19的科学研究。 志愿者或“公民科学家”可以将Folding @ home软件下载到其个人计算机内,即使个人计算机在没有运作的情况下,后台仍然可以进行复杂的科学过程的模拟。 Folding @ home项目正在最大化地发挥自己的价值,大规模使用共享计算能力来帮助解决生物医学研究中所面临的巨大挑战。

除了动员全球的公民科学家外,许多机构和公司也在贡献自己的计算机资源,例如高性能工作站和服务器。 据预计,这种分布式计算能力比世界上最快的单个超级计算机还要快10倍。

Folding @ home项目如何影响新型冠状病毒肺炎(COVID-19)研究?

新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情对全球的影响也提高了Folding @ home项目的知名度,凸显了其在人类与新冠病毒作斗争中独特的优势。 该项目旨在了解蛋白质如何“组合”以发挥其生物学功能。蛋白质是大型且复杂的分子,在我们的身体功能中起重要作用。这项研究有助于科研人员了解蛋白质“错误组合”所导致的疾病,从而确定开发新药物疗法的新方法。

蛋白质组合方式或作物组合可以帮助我们了解导致癌症,老年痴呆症和糖尿病等疾病的原因。它还可能有助于洞悉SARS-CoV-2等病毒,而SARS-CoV-2是最近新型冠状病毒肺炎(COVID-19)大流行的原因。

“想象一下,如果我告诉100个人折一个管道清洁器。他们会以100种不同的方式折叠它,因为有无限多的组合”,亚利桑那大学研究计算助理主任Blake Joyce说。”这就是病毒和生物对蛋白质的作用。它们制作自己的副本,并以自己的特殊方式组合起来。”

使用计算模型,研究人员可以探索病毒蛋白质的机理,并预测病毒可能折叠或以所有可能存在的物理方式改变其形状。

Joyce说:“在生物学中,形状决定功能。 …如果你可以破坏这种形状,则说明该病毒处于非活动状态或无法发挥它的作用。 如果你破坏任何可能伤害我们的发病机制,则可以治愈,或者说至少是可以治疗的,这就是目前我们所追求的效果。我们只需利用大量的计算就能得出弯曲管机的所有可能的方法,”

通过运行计算机模拟,研究人员可以观察病毒如何与各种化合物或药物相互作用,并缩小可能影响病毒生存的关键机制之一的药物或药物的作用范围。

Folding@home将蛋白质模拟的片段 “分配 “给每台计算机,并将结果返回以创建一个整体模拟。用于新型冠状病毒肺炎(COVID-19)研究Folding@home计算似乎在亚利桑那州研究计算中心等设施中的计算机上效率最高,这使得它们的贡献更加有价值。

有什么影响?

志愿者可以在Folding @ home网站上跟踪他们的研究进程,并以进行团队合作,获得他们的工作积分,甚至获得对计算要求更高或可能具有更高科学优先级的工作的奖励积分。

亚利桑那计算机研究团队的排名迅速上升,突出了亚利桑那州立大学的强大计算能力以及区域合作的有效性。 截至6月中旬,亚利桑那研究计算团队的近25万个团队中,,排名前100位,超过了惠普、思科、苹果公司、谷歌、爱尔兰和波兰、以及许多其他大学、行业以及国家或国际贡献者。

亚利桑那州立大学计算研究中心首席科学软件工程师Gil Speyer表示:“Folding @ home项目调查了许多需要大量计算的研究问题,但是用于新型冠状病毒肺炎(COVID-19)研究这样的特殊用途鼓励了许多计算中心首次参与Folding @ home,这是一个非常难得的机会” ,

当今的生物医学研究需要大量的时间和计算能力。 尽管亚利桑那研究计算团队可能会在很小的程度上直接影响COVID-19的研究,但Folding @ home项目的整体影响还是很广泛,并且还将继续应用于COVID-19疫情之外的科学研究领域。

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