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未来计算机改变基因技术是治疗疾病新方法

2013-07-01 15:07 来源:郑州北大青鸟
  科学家利用一种新型超级计算机模拟出在普通感冒中存在的鼻病毒的侵害人体的过程。科学家们最近模拟出来的侵害过程让他们更好地了解到病毒是如何附着到人体内部细胞并且在其上面进行复制的过程,这为新药的开发提供了一个非常好的研究平台。这样的报道一出,网友认为这才是IT发展的终极目标。不仅如此,还有很多更具有正能量的技术可以让我们一起分享下。
  在几年前,科学家们才成功绘制了人类基因组序列草图。我们的基因中存储着令人吃惊的海量信息,基因的面纱才刚刚揭开一角。事实上,正是由这些基因生成的蛋白质执行着保持我们生命的所有功能。
  然而,科学家们仍然还不了解人类蛋白质的大部分功能。如果了解了每种蛋白质如何影响人类的健康,科学家们就可以发明治疗疾病的新方法。
现在有大量的数据可用于确定个别蛋白质的作用,但是这些数据需要进行分析才有用。在超级计算机上执行这种分析可能需要花费数年时间。WorldCommunityGrid希望将这个时间缩短到几个月。
  “人类蛋白质组折叠”项目为科学家们提供数据,以用于预测数量巨大的人类蛋白质的形状。这些预测为科学家们提供了确定人体内个别蛋白质生物功能的线索。如果了解了每种蛋白质影响人类健康的方式,科学家们就可以发明新方法来治疗各种人类疾病,如癌症、爱滋病、非典和疟疾等。
ISB为WorldCommunityGrid设计了“人类蛋白质组折叠”项目,并且在其大型的研究工作中运用WCG计算的结果。
由于不同的氨基酸按照特定的规则彼此粘连在一起,因此蛋白质会呈现出折叠的形状。设想氨基酸是20个不同颜色的珠子。珠子具有粘性,但只有某几种颜色的组合才可以粘在一起。这使得氨基酸链以一种特殊的方式折叠,从而构成了对人体有用的蛋白质。人体细胞具有帮助蛋白质正确折叠的机制,同样重要的是,细胞还具有除去不正确折叠的蛋白质的机制。
“人类蛋白质组折叠”结合数百万台计算机的计算能力
  全部人类基因的集合称为“人类基因组”。人类基因组中的基因超过三万个,数量取决于计数方法。每个基因都是称为DNA的长链的一段,它确定了三万多个蛋白质中每一个的氨基酸链构成方式。最近几年,科学家们已经能够绘制人类基因的序列图。这意味着我们现在知道了人类所有蛋白质的氨基酸序列。因而,人类基因组与作为人类所有蛋白质集合的“人类蛋白质组”有着直接的关系。
  尽管研究人员已经了解了很多关于人类蛋白质组的信息,然而大多数蛋白质的功能仍是一个谜。基因没有确切地揭示蛋白质如何折叠成最终的形状,而这个形状十分重要,因为它决定了一种蛋白质的功能以及该蛋白质可以和其他哪些蛋白质连接或相互作用。
了解蛋白质的形状可以帮助研究人员了解蛋白质如何执行特定的功能以及疾病如何阻止蛋白质执行保持细胞健康所必需的功能。
  “人类蛋白质组折叠”项目可以在网格中结合数百万台计算机的计算能力,以帮助科学家们了解人类蛋白质如何折叠。这个具有重大意义的任务中要完成的作业可通过网格共享,因此可以比常规的超级计算机更快地获得结果。如果能更好地了解蛋白质的结构,科学家们就可以了解疾病的机理,并能最终找到治愈疾病的方法。
  当您的网格代理程序运行时,它会以各种方式折叠氨基酸链,并评估每种折叠与确定特定氨基酸粘连与否的具体规则的符合程度。当计算机尝试以数百万种方式折叠链时,其实是在尝试蛋白质在人体中实际的折叠方式。计算出的每种蛋白质的最佳形状会返回给科学家们,以供日后研究。
计算机程序的名称是Rosetta。当程序尝试不同的折叠方式时,它会计算出一个“Rosetta分数”,表明这种蛋白质折叠方式的适当程度。要计算该分数,程序会按照多种计分规则考虑蛋白质中氨基酸的压缩方式。分数越低(更接近于负数),说明折叠方式越好。
  您的计算机为特定蛋白质确定的最佳折叠方式的“Rosetta分数”显示的值为“Min”,该值位于您的代理应用程序窗口左侧的当前“Rosetta分数”下。您可以在窗口的右侧看到计算机正在计算的部分折叠的蛋白质的快照图片。左边显示表明迄今为止所折叠蛋白质的适合程度的另外两个数字。“Environment”分数显示被挤压在一起的蛋白质核心的适合程度。“Pair”分数显示了特定氨基酸和适当的配对物的匹配程度。
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