Máte-li slušný počítač, nainstalujte si potřebnou aplikaci a připojte se k nám zadáním čísla 236157.
Je více než jasné, že virus SARS-CoV-2 ze společnosti jen tak nezmizí. Restrikce nouzového režimu, omezení shromažďování, zvýšená hygienická opatření a případná „chytrá karanténa“ by měly šíření zpomalit tak, aby lidem s vážnějším průběhem onemocnění covid-19 byl zdravotní systém schopen v potřebné míře pomoci.
Ohrožení pomine až s úspěšným vyvinutím vakcíny a účinného antivirotika a právě na tom teď mnohé vědecké týmy pracují. Jednou z klíčových potřeb je poznat, jak se virus chová a jak funguje. A důležitou oblastí pro pochopení, jak se virus uchytí na hostitelských buňkách a jak mu toto zachytávání (nakažení hostitele) co nejvíce zkomplikovat, je takzvané skládání bílkovin.
Největší projekt distribuovaných výpočtů využitý pro výzkum koronaviru se jemnuje Folding@Home a stojí za ním Pande Lab Stanfordovy univerzity. Projekt se jinak zaměřuje zejména na Alzeimerovu, Huntingtonovu a Parkinsonovu chorobou, Ebolu, Zika virus, horečku Dengue a další. Menší projekt, který nyní pracuje na SARS-CoV-2 se nazývá Rosetta@Home (běží v rámci platformy BOINC) a stojí The Baker Lab univerzity ve Washingtonu.Jindy se tento projekt zaměřuje zejména na výzkum HIV, Malárie, Alzheimerovy choroby, Herpes simplex, a pomohl s vývojem vakcín proti bakteriální infekci Anthrax. |
Není mnoho možností, jak může člověk bez specifického vzdělání a odbornosti pomoci s vývojem léku proti závažné chorobě. Díky projektu Folding@Home však můžete i vy přispět tím, že vědcům darujete výkon svého počítače ve chvíli, kdy jej sami nevyužijete.
Výzkum koronaviru je nyní světovou prioritou, a proto se vědcům za tímto účelem rozhodly nabídnout veškerý dostupný výkon i projekty pro takzvané distribuované výpočty. Ty vychází z myšlenky, že když je obrovská hromada práce rozdělena na stovky tisíc či miliony dílčích úkolů, které jsou rozeslány ke zpracování velkému množství spolupracujících domácích a firemních počítačů po celém světě, tak jsou výsledky hotové řádově rychleji, než by to dokázal jakýkoli superpočítač, který by si vědci mohli dovolit pořídit a provozovat. Důkazem budiž, že výpočetní síla největšího projektu zapojeného do výzkumu koronaviru, Folding@Home, má již více než patnáctinásobný výkon oproti nejvýkonnějšímu superpočítači na světě.
Součástí této výpočetní síly se přitom může stát každý trochu výkonnější počítač – i ten váš, například v rámci našeho redakčního týmu TechnetCZ (s identifikačním číslem 236157).
Přidejte se k námJak na to:
Doplňkové nastavení:
Je můj počítač vhodný? Folding@Home distribuuje pracovní jednotky jak pro zpracování na hlavním procesoru počítače (CPU), tak i grafickém procesoru (GPU). Využít lze každý novější vícejádrový procesor Intel nebo AMD, z výběru bychom vynechali jen tablety a tenké ultrabooky, které by buď nabídly příliš nízký výkon, nebo se přehřívaly. Zcela ideální jsou herní počítače (s herními grafickými kartami) a výkonné pracovní stanice (s profesionálními grafickými kartami typu Nvidia Quadro). |
Bez přestávky jede i Acer ConceptD 500 osazený procesorem Intel Core i9-9900K (s 16 výpočetními jednotkami) a grafickou kartou Nvidia Quadro RTX4000, na kterém jsme tým TechnetCZ rozběhli.
Folding@Home na Acer ConceptD 500 běží za tým TechnetCZ již 43 dní.
Za tu dobu odevzdal více než 4 800 spočítaných pracovních úkolů a spotřeboval přitom více než 140 kWh elektrické energie – při běžné domácí sazbě je to přes 700 korun. Ve většině případů to bude méně – toto je poněkud nadstandardně výkonná konfigurace.
Dvě uživatelská rozhraní klienta Folding@Home, nalevo „pokročilé“, napravo „webové“. V nich vidíte průběh práce a případně můžete měnit různá nastavení.
Počítač může pracovat buď nonstop, nebo jen v časech, kdy jej nepoužíváte – více o tom píšeme v předchozím boxu. V obou případech je dobré jej na noc nevypínat a nechat jej pracovat.
Občas se stane, že počítač přestane pracovat a čeká na další úkol, protože při předchozích „žádostech o práci“ žádnou nedostal. Zpravidla stačí aplikaci vypnout a zapnout (a tím resetovat time-out na žádost o novou práci) a výpočty se za chvíli rozjedou. Stává se to ve chvílích, kdy nejsou připravené pracovní jednotky (předchozí dávka byla rozebrána, další se generuje) nebo kdy jsou rozdělovací servery projektu vytížené tak, že neodpovídají (dochází vlastně k přátelskému DDoS útoku). Toto byl větší problém před cca třemi týdny. Tým v Pande Lab opakovaně posílil serverovou infrastrukturu a nyní většinu času vše funguje.
Co se vlastně počítá a má to vůbec smysl?
Předem upozorňujeme, že následující přiblížení problematiky je zhruba na úrovni dětského leporela a slouží pouze pro základní ilustraci, co se v rámci Folding@Home počítá.
Tělo viru, tedy jedna virová částice, je tvořena bílkovinami, tukem a nukleovými kyselinami. Zatímco nukleová kyselina tvoří onu „škodlivou nálož“, tedy genetickou informaci ovlivňující fungování zasažené buňky, bílkoviny jsou klíčové z hlediska šíření virů (a tuk pomáhá držet celek pohromadě). Pomocí takzvaných „spike proteins“, které si můžete představit jako malé ostré bílkovinové hroty, se virus přichytne k enzymu ACE2, který je v lidském těle na povrchu buněk v plicích, arteriích, srdci, ledvinách a střevech. A v tu chvíli začně škodit.
The COVID-19 Demogorgon (aka spike), courtesy of SciStyle – Scientific illustration and animation (Thomas Splettstoesser). https://t.co/SPTqzCPHKy https://t.co/9MvHpTMQNX
Samotný proces uchycení není pouze otázka „napíchnutí“ se viru na enzym, ale velmi složité a rychlé sekvence pohybů, při níž virus odhalí a aktivuje vazebné rozhraní, kterým se k lidské buňce naváže. Právě prozkoumání a pochopení pohybu a otevírání hrotu pro navázání na enzym lidské buňky je klíčem k tvorbě účinného léčiva – to musí novým vazbám na lidské buňky zamezit a stávající přetrhat.
To má ale zásadní háček – neexistuje zatím zařízení a metoda, které by tento proces a především výsledný otevřený stav dokázaly zachytit a zobrazit tak, aby jej vědci mohli prozkoumat.
@GordonDougan1 Thanks to @yorgomodis for sharing these beautiful structural images of the SARS-CoV-2 spike protein, an important antigen for COVID-19 vaccine development https://t.co/3pwhnekber
Na řadu proto příchází počítačové simulace, které potřebný pohled umožní. Jde o dvoufázový proces. První se jmenuje FAST adaptive sampling (FAST proměnné vzorkování), které umožní „nahrubo“ roztřídit a zachytit specifické strukturální změny, přičemž důležité je i zachytit, jak dlouho která část procesu trvá (čím delší je trvání procesu, tím lépe lze na něj léčivo zamířit). V dalším kole se na základě reprezentativních vzorků provede obrovské množství simulací, které mají identifikovat a upřesnit další bílkovinné struktury a určit jejich relativní životnosti.
Great progress capturing how the ferocious #COVID19 #Demogorgon (aka spike) opens its mouth to grab its human prey. Each step could present new therapeutic opportunities. Thanks to @foldingathome @Microsoft @Azure #AIforHealth @Mizimmer90! https://t.co/uys4es7r3i
„Oba kroky jsou mimořádně výpočetně náročné. Pokud byste se simulaci pokusili pustit na jednom domácím počítači, měli byste štěstí, kdybyste v příštích sto letech viděli jen zlomek celého procesu. I s přiměřeně výkonným počítačovým klastrem, který provozujeme na Lékařské fakultě Washingtonovy univerzity, bychom tuto akci jen těžko zachytili. Tak dlouho ale na léčbu covid-19 nikdo čekat nechce,“ prohlásil Greg Bowman z Bowman Lab výše zmíněné univerzity v St. Louis, jehož tým výpočetní sílu F@H také využívá.
Některé projekty běží na CPU, jiné na GPU. Naprostá většina z nich se teď týká SARS-CoV-2.
To byl pro ilustraci jen jeden z příkladů, k čemu jsou statisíce domácích a firemních počítačů v rámci boje s koronavirem využívány. O dalších se dočtete na stránkách projektu. Jedním z novějších je simulace screeningu různých molekul, které jsou potencionálními adepty na takzvané inhibitory, tedy molekuly zabraňující enzymatické reakci při spojení s bílkovinou viru. Simulacemi chce tým vybrat skupinu nadějných molekul, které budou syntetizovat pro reálné testy.
Ano, či ne?
Odpověď na otázku „Má to smysl?“ zní: „Rozhodně ano!“. Výzkumné týmy mají k dispozici výkon, který jim dovolí uskutečnit simulace v rekordně krátkém čase, a proto se mnohem rychleji posouvat k výsledku – v tuto chvíli léku a vakcíně proti koronaviru. Nutno podotknout, že ani ve chvíli, kdy se koronavirus zařadí po bok dříve extrémně nebezpečných a dnes zvládnutých virových nákaz, není důvod F@H ze svých počítačů mazat. I ostatní běžící projekty řeší velmi závažná onemocnění, která jsou pouze dočasně koronavirem zastíněna. A i když se o tom v běžných časech příliš nemluví, distribuované výpočty přináší výsledky – jen Pande Lab publikoval 223 recenzovaných článků vzniklých na základě výsledků projektu Folding@Home.
