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　　【PConline 资讯】之前我们曾经报道过，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。

人类蛋白质组折叠技术可治疗疾病

　　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。>>

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“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。

　　如果试验的折叠分数很差，那么Rosetta程序会尝试用不同的方式重新折叠蛋白质，以检查是否可以获得一个较好的分数。对每种蛋白质都会数百万次地执行这种计算。科学家们会找出得分最高的蛋白质结构并在接下来的研究步骤中使用。>>

强大的计算能力“征服癌症”项目

　　“征服癌症”项目的任务是改进蛋白质X射线结晶学的结果，这不仅能够帮助研究人员解释人类蛋白质组的未知部分，更重要的是还能够提高他们对癌症的产生、发展及治疗的理解。

　　为了提高对癌症及其治疗方法的理解，研究人员不仅需要发现针对转移性癌症（即可以扩散到人体其他部位的癌症）的新型疗法，而且必须确定能够探测出早期癌变的诊断标记物（也叫疾病指标）。

　　研究人员在有关蛋白质的信息有限或根本没有此类信息的情况下，也已在多种人类癌症的研究方面中取得了多项重大发现。然而，为了更好地理解和治疗癌症，科学家们发现与癌症相关的新蛋白质及其结构和功能就显得十分重要。

　　科学家们对可能与癌症有功能关系的蛋白质特别感兴趣。这包括在肿瘤中增生或抑制的蛋白质，以及那些发生改变或变异从而导致结构性变化的蛋白质。

　　通过改进X射线结晶学，将使研究人员能够更快地确定多种与癌症相关的蛋白质的结构。这将提高我们对这些蛋白质功能的理解，并能帮助我们发现可能的药物介入方法，以便攻克这种致命的疾病。

　　X射线结晶学(X-raycrystallography)是一种广受欢迎的蛋白质结构确定方法。通过这种方法，科学家们能够使用高通量的结晶管道来帮助说明人类蛋白质组的未知部分，从而又能帮助理解癌症的产生、发展及治疗。*

机器人成功运行所需的数百万次条件组合

　　使蛋白质结晶：这就好比把糖放入一杯水中并保持一段时间。当水蒸发之后，微小的糖晶体就会显现出来。当然，蛋白质结晶的过程要比这复杂得多。

　　使X射线穿过晶体：科学家们使用一种数学模型，根据蛋白质衍射X射线的方式来确定和观察它们的结构。

　　使蛋白质结晶并不是一个简单的过程。存在数千种可能会影响结晶过程的条件，比如蛋白质的浓度、溶解度、温度、酸碱度、化学添加剂等，但科学家们必须找到适合某种蛋白质结晶的条件组合。以糖为例，如果将水换成其他液体，改变温度或浓度，就可能无法得到晶体。与此类似，对于特定的蛋白质而言，难题在于如何确定能够形成晶体的条件，如溶解度、温度、酸碱度，等等。

　　为了运行成功地使蛋白质结晶所需的数百万次条件组合，科学家使用机器人来完成这项工作。机器人能够更快更准确的组合各种不同的结晶条件。为了更加促进这一过程，这数百万次结晶实验的所有结果都拍摄成了照片。

　　这些研究人员所遇到的难题之一是这些数据集的规模实在太大，存储容量总计超过了25TB（相当于9000多张DVD）。IBM的“蓝色基因”(BlueGene)超级计算机为这阶段的工作提供了帮助，它通过一种特殊的图像压缩算法对这些图像进行无损压缩。研究人员还面临另一个挑战，即在一台计算机上全面分析一张图像以确定结晶化结果大约需要10个小时。按照这种进度，研究人员几乎需要10万年才能分析完现有的这些照片。>>

借助强大的计算能力分析原理

　　借助强大的计算能力，科学家们能够对通过HWI高通量结晶化管道拍摄的8600万幅现有的蛋白质图像进行处理。运行OCI的研究人员开发的CrystalVision程序，分析每幅图像的特征，以确定结晶化拍摄的结果：晶体、微晶体、相位分离、表面效应、沉淀物还是无变化。

　　如果是晶体，检晶仪就对该蛋白质执行最优化过程，以确定该结晶的最优化条件，进而执行衍射实验以确定蛋白质的结构。此外，科学家还可以根据结晶拍摄的结果，将已成功结晶的蛋白质与具有相似特性但结构未知的蛋白质进行对比。这可以作为对这些未知结构的蛋白质进行结晶的出发点，进而能够确定它们的结构。

　　如果产生的晶体结构不佳或不够大，科学家们仍可利用这些信息来帮助他们更好地确定产生结构良好的晶体所必需的条件。举例来说，他们可能了解到蛋白质X在条件A下产生了微晶体，而蛋白质A在条件Z下也产生了微晶体。基于这些信息，他们能够进行其他实验来推断出需要最优化哪些条件才能产生更大、结构更好的晶体。

　　分析这个实验的结果还能够帮助研究人员更好地理解蛋白质结晶学的基本原理。利用WorldCommunityGrid，全面的结晶学图像分析首次得以完成，而由于其计算的复杂性，这在以前是不可能完成的任务。这个实验又使CrystalVision得到改进，从而能够提供更快更准确的图像分类。

　　蛋白质结晶学管道的改进使研究人员能够更快地确定多种与癌症相关的蛋白质的结构。这将提高我们对这些蛋白质功能的理解，并能帮助我们发现可能的药物介入方法，以便攻克这种致命的疾病。

　　还存在其他一些用于理解蛋白质的结构和功能的方法，包括同样在WorldCommunityGrid上运行的“人类蛋白质组折叠”项目所采用的方法。基于这项工作的性质，改进所有研究方法对于完善我们对人类机体和疾病的认识非常重要。>>

搜寻抗流感病毒药物

　　“搜寻抗流感病毒药物”项目的任务是找到可以阻止流感病毒传染的新药。研究将重点关注具有抗药性的流感病毒，以及新出现的流感病毒。确定最有可能的化合物将有助于加速开发能够控制季节性感冒爆发、未来感冒流行甚至大规模爆发的新疗法。

　　全球每年有数十万人死于流行性感冒。如果出现一种可人类之间快速传播的高传染性流感病毒类型，那么瘟疫可能造成数百万人死亡。流感病毒会快速变异，因此每年都会出现新型的病毒变种。

　　流感疫苗旨在预测下一个流感季节可能流行的感冒，但通常无法预测到新演变出的病毒变种。虽然像奥司他韦（oseltamivir，商用名为达菲）和扎那米韦（zanamivir，商用名为乐感清）这样的药物可以防止流感在全身扩散，但是它们并不是对所有流感都管用，具有抗药性的新型流感病毒不断演化，这些药物无法对付。

　　当出现具有抗药性的病毒时，制造商生产的疫苗就不足以快速应对，因此无法防止疾病的大规模爆发。该项目将搜索有希望阻止流感病毒在体内复制的新药线索，从而可能为某种特定流感病毒没有免疫力的病人提供帮助。人们期望特定抗病毒的广谱药物的发现能够显著改善全球人类的健康状况。

　　通过使用这些目标分子的已知化学结构，该项目将执行虚拟化学实验，并确定将数百万种已知化合物中的哪些附着到目标分子上，从而抑制这些分子的活性，进而防止流感病毒在身内的传播。这些实验由斯克里普斯研究所开发的AutoDock程序执行。该软件还用于WorldCommunityGrid上的其他一些项目。

　　这包括FightAIDSHome、“发现治疗登革热的药物-齐心协力”，以及“对抗儿童癌症”项目。使用WorldCommunityGrid确定候选药物，接下来就需要进行其他实验室工作、药物测试和最终的临床试验。但这可能还无法立即用于治疗目前爆发的H1N1流感。

　　但是，流感病毒会引起周期性的季节性疾病爆发，并可能演变为危险的病毒变种。因此，目前继续执行该项目将使我们有机会做好充分准备，以应对未来更严重的流感爆发。

　　随着技术与日俱新的发展，将技术研发应用于生活是再简单不过的事情，像是多年前的感冒都视为绝症，在今天看来却是再正常不过的疾病。那么希望借助IT科技的力量，某一天可以研发出更多可以真正应用在生活里的技术和产品。[返回频道首页]