Как твой компьютер может остановить туберкулез?

В 2004 году IBM поняла, что исследователям нужно колоссальное количество вычислительной мощности для проведения имитационных экспериментов, и создала виртуальный суперкомпьютер — World Community Grid. Присоединяясь к нему, научное сообщество выигрывает, потому что результаты проекта распространяются и становятся доступными для общественности. Проект Help Stop TB, организованный доктором Анной Крофт, использует глобальное сообщество пользователей, чтобы лучше понять, как бороться с туберкулезом.

Первые упоминания о чахотке датируются XVI веком, а само заболевание существует миллионы лет. В последние годы появились устойчивые штаммы микобактерий, из-за чего туберкулез стал угрозой даже в тех местах, где этой болезни раньше не существовало. Большинство бактерий имеют защитную клеточную стенку или мембрану. Эти оболочки представляют собой смесь липидов, углеводов и белков. В частности липиды — это барьер от попадания воды и других водорастворимых молекул внутрь клетки. Микобактерии же имеют в клеточной стенке дополнительный слой липидов — миколовых кислот: эти молекулы в три-пять раз длиннее, чем у других микроорганизмов и имеют уникальную химическую структуру.

Анна Крофт, PhD, доцент факультета инженерии Ноттингемского университета в Великобритании:

— Идея проекта появилась в 2006 году, когда я впервые встретила коллег, борющихся с туберкулезом в Южной Африке. Они выяснили, что пространственная форма молекул миколовых кислот из оболочек клеток возбудителей туберкулеза важна для распознавания болезни как иммуной системой, так и диагностическими средствами. Позже к нам в лабораторию пришла студентка магистратуры Вильма Грюнвальд, чтобы научиться использовать компьютеры для моделирования подобных структур. Переехав в Великобританию, Вильма оценила наши вычислительные ресурсы и предложила World Community Grid как источник поддержки.

Мы изучили более 166 различных вариаций молекулы кислоты. Нас интересует, как трехмерная структура меняется в зависимости от среды и температуры. Некоторые молекулы могут быть более гибкими или более жесткими, что влияет на их узнаваемость иммуной системой и восприимчивость к лекарствам. Сейчас мы анализируем эти данные и ищем связи с известными биологическими закономерностями. Следующий этап — моделирование мембран и создание «виртуальной бактерии», которую можно будет использовать для тестирования новых таргетированных препаратов. Проект добился существенного прогресса благодаря помощи добровольцев и IBM — гораздо большего, чем мог бы, используя вычислительные мощности университета.

Гибкие молекулы способны увеличиваться или уменьшаться при изменении некоторых внешних условий (температура, ионная сила и т.д.) Жесткие же молекулы имеют постоянную пространственную организацию.

Для компьютерного моделирования экспериментов требуются массивные вычислительные мощности, поэтому с 2010 года Help Stop TB сотрудничает с IBM World Community Grid. Это сообщество позволяет волонтерам по всему миру жертвовать вычислительную мощность своих компьютеров научно-исследовательским проектам, вроде нашего. С 2014 года пользователи потратили более 4500 лет «вычислительного времени», чтобы нам помочь.

Как это работает?

Волонтер Grid загружает на компьютер безопасную программу, которая использует свободную вычислительную мощность для проведения смоделированного эксперимента или обработки результатов реального. По окончании работы она отправляет результаты обратно серверу. Последний объединяет их в пакеты и посылает нам для анализа.

IBM очень серьезно относится к безопасности: вы полностью защищены — сетевое программное обеспечение не сможет получить доступ к вашим личным файлам. А специалисты по безопасности постоянно испытывают систему на уязвимость к актуальным угрозам. Более 750 000 человек и 440 организаций уже сотрудничали с World Community Grid.

Поучаствовать в проекте можно на сайте Scientific American.