Folding@home

Folding@Home — проєкт розподілених обчислень, що проводиться під егідою Стенфордського університету. Суть проєкту полягає в моделюванні процесу згортання білків з метою виявлення потенційних помилок у природній конформації. Помилки конформації спричиняють ряд клінічних синдромів, серед яких: хвороба Альцгеймера, хвороба Паркінсона, діабет типу II, хвороба скрепі, Хвороба Кройцфельда—Якоба, коров'ячий сказ, склероз і деякі типи раку. Розуміння механізмів виникнення дефектів на молекулярному рівні допоможе з'ясувати точну картину виникнення даних захворювань і дозволить розробити методи протидії їм.

Загальна інформація Подібно до інших відомих проєктів (SETI@Home, distributed.net, Find-a-Drug, World Community Grid), в Folding@Home беруть участь сотні тисяч власників персональних комп'ютерів, на яких виконуються невеличкі порції-завдання. Обчислення проводяться в фоновому режимі з мінімальним пріоритетом, тому не заважають нормальній роботі з комп'ютером. Інтернет потрібен лише для отримання завдань і відправки результатів в автоматичному режимі без участі користувача. Типові завдання мають розмір порядку 100 КБ, а результати — до 1 МБ на один білок, при тому, що на обрахування одного білка в Folding@Home йде від 2 до 10 робочих днів. Вимоги до ПК — Duron/Celeron або вище, 10-20 МБ пам'яті для роботи.

Ведеться статистика для кожного учасника. Учасники можуть об'єднуватися в команди за країнами, містами чи спільними уподобаннями.

Розподілені обчислення

Сучасні суперкомп'ютери складаються з сотень або тисяч процесорів, іноді ця кількість сягає 10000 процесорів (які окремо взяті часто повільніші від сучасних десктопних процесорів), поєднаних швидкісними з'єднаннями. Саме ці з'єднання роблять суперкомп'ютер єдиним комп'ютером, а не кластером з окремих комп'ютерів, і є чи не найдорожчими його компонентами.

Специфіка обчислювальних алгоритмів, які використовуються Folding@Home в тому, що швидкісні з'єднання між процесорами не потрібні, а потрібна максимізація швидкості кожного процесора. Тому навіть якби в розпорядженні проєкту був суперкомп'ютер з 1000 процесорів, то він би видавав результати не швидше, ніж 1000 окремих комп'ютерів з такими ж процесорами.

Але для отримання вагомих результатів в Folding@Home потрібні не тисячі процесорів, а сотні тисяч. Тому розрахунки, які проводять учасники проєкту, неможливі будь-якими іншими засобами на даному етапі розвитку обчислювальної техніки, і ще довго не будуть можливі.

Станом на 01.03.2010 активними є 438183 процесорівhttp://vspx27.stanford.edu/cgi-bin/main.py?qtype=osstats. Це робить кластер, який формують учасники проєкту, одним з найбільших у світі, здатним виконувати приблизно 3996 ТераФлопс.

Вимоги до комп'ютера для участі в Folding@Home

Будь-який персональний комп'ютер підходить для участі в проєкті, але якщо він випущений більш, ніж 3-4 роки тому і його процесор має частоту менше 1 ГГц, то є імовірність, що він не встигатиме повертати завдання до встановленого крайнього терміну. В такому випадку можна налаштувати клієнтську програму приймати лише завдання, які не мають визначеного кінцевого терміну.

Таким чином, підходить будь-який процесор Pentium, Athlon, Duron, Sempron, Celeron, Power PC або новіші. Клієнтські програми існують для Windows, Linux, Mac OS. Також можуть брати участь комп'ютери з FreeBSD або OpenBSD.

При роботі програма використовує типово 10-20 МБ пам'яті, в залежності від розміру білкової молекули і складності розрахунків. Є завдання, які потребують значно більше пам'яті, але їх отримують лише ті учасники, які спеціально цього захотіли.

При роботі клієнтської програми використовуються 100 % ресурсів процесора, але оскільки пріоритет даного процесу є найнижчим можливим, то на нормальній роботі з комп'ютером це не позначається, і ніякого уповільнення реакції на натиснення клавіш чи чогось подібного не спостерігається. Проте можна і зменшити навантаження на процесор до іншого відсотку (задається в конфігурації), якщо, наприклад, процесор перегрівається або працює нестабільно з таким навантаженням.

Взагалі, машини, які працюють нестабільно при повному завантаженні процесора (причинами можуть бути надмірний розгін або неякісні компоненти, передусім пам'ять) краще до проєкту не підключати, поки не будуть виправлені всі несправності і не буде доведена здатність роботи при повному навантаженні.

Ще однією обов'язковою умовою участі в проєкті є використання комп'ютерів, які належать особисто Вам, або Ви маєте згоду власника на запуск програм Folding@Home на них. Це оговорено в ліцензійній угоді на програми Folding@Home. А так ці програми є безкоштовними, більше того, компоненти, які виконують безпосередні розрахунки, базуються на відкритому коді.

Інформація про поточні проєкти

Англійська версія — http://fah-web.stanford.edu/cgi-bin/allprojects . На 22 квітня 2020 року останній номер проєкту дорівнював 16804.

Проєкт 100

Проєкт 100 аналізує згортання headpiece Віллін. The villin headpiece — це частина білка Віллін, яка сформована з трьох спіралей, які згруповані разом. Віллін — це білок, який допомагає підтримувати сітку волокон (зроблених з білка Актин), що служать, як щось подібне до скелета клітини. Зображення:

Проєкт 101

1HRW: 1HRX: 1HSO: Цей проєкт створений для перевірки методів симуляцій на трьох подібних системах. Так як вони малі і тому піддатливі для розрахунків, ці штучно створені поліпептиди мають бути стабільнішими у їхній природній формі, ніж інші малі бета-«петлі».

Для подальшої інформації дивіться: Trptophan zippers: Stable, monomeric Beta-hairpins

Andrea G. Cochran, Nicholas J. Skelton, and Melissa A. Starovasnik

[Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 98, Issue 10, 5578-5583, May 8, 2001:http://www.pnas.org/cgi/content/full/98/10/5578 ]

Проєкт 103

Проєкт 103 розглядає згортання Engrailed Homeodomain, великої зразкової системи для порозуміння згортання і misfolding. Докладніша інформація і малюнки будуть незабаром.

Проєкт 105

Проєкт 105 також аналізує згортання villin headpiece. The villin headpiece — це частина білка Віллін, яка сформована з трьох спіралей, які згруповані разом. Віллін — це білок, який допомагає підтримувати сітку волокон (зроблених з білка Актин), що служать, як щось подібне до скелета клітини. Зображення:

Оскільки це доволі велике WU, крайній термін для повернення завдання 6 днів.

Проєкт 106

Проєкт 106 аналізує розгортання villin headpiece (проєкт 105 працює над згортанням). The villin headpiece — це частина білка Віллін, яка сформована з трьох спіралей, які згруповані разом. Віллін — це білок, який допомагає підтримувати сітку волокон (зроблених з білка Актин), що служать, як щось подібне до скелета клітини. Зображення:

Оскільки це доволі велике WU, крайній термін для повернення завдання 6 днів.

Проєкт 107

Проєкт 107 є важливим контролем проєкту «Віллін» (див. вище проєкти 105 і 106). Тут симулюються змішані послідовності амінокислот Вілліна, тобто присутні всі амінокислоти, які є у Віллні, але вони розташовані у хибному порядку. Таким чином перевіряється, наскільки результати з реальною структурою Вілліна є результатом явного збігу, і скільки вони пов'язані з самою молекулою Вілліна, і наскільки — з послідовностями амінокислот. Контроль, подібний до цього дуже важливий в науці і є джерелом важливої інформації. Зображення:

Оскільки це доволі велике WU, крайній термін для повернення завдання 6 днів.

Проєкт 110

Почалися деякі симуляції білка Alzheimer Amyloid бета(28-42). Вважається, що саме цей білок є відповідальний за токсичність Альцгеймерів. Досліджується його згортання у співпраці з експериментальною роботою, запропонованою співробітниками. Обчислення відіграють особливо важливу роль, так уможливлюють симулювання аспектів, які не можуть бути перевірені експериментально (через різнорідність зразків). Цей проєкт був перевіркою методів. Буде проведено трохи більше випробувань, щоб переконатися, що немає жодних проблем, and then jump in with some major Folding@Home power …

Проєкт 111

Проєкти 111, 112, 113 і 114 аналізують згортання білка Стафіллокок А, білка з трьома пов'язаними спіралями. Білок А зазвичай прикріплений до бактеріальної мембрани, і є важливою мішенню для антитіл. Тут досліджується згортання білка А і декількох його варіантів. Ці білки є найбільшими молекулами, які коли-небудь симулювалися в рамках F@H, хоча експерименти свідчать, що вони згортаються надзвичайно швидко. Крайній термін для повернення результатів 9 днів. Зображення:

Проєкт 112

Проєкти 111, 112, 113 і 114 аналізують згортання білка Стафіллокок А, білка з трьома пов'язаними спіралями. Білок А зазвичай прикріплений до бактеріальної мембрани, і є важливою мішенню для антитіл. Тут досліджується згортання білка А і декількох його варіантів. Ці білки є найбільшими молекулами, які коли-небудь симулювалися в рамках F@H, хоча експерименти свідчать, що вони згортаються надзвичайно швидко. Крайній термін для повернення результатів 9 днів. Зображення:

Проєкт 113

Проєкти 111, 112, 113 і 114 аналізують згортання білка Стафіллокок А, білка з трьома пов'язаними спіралями. Білок А зазвичай прикріплений до бактеріальної мембрани, і є важливою мішенню для антитіл. Тут досліджується згортання білка А і декількох його варіантів. Ці білки є найбільшими молекулами, які коли-небудь симулювалися в рамках F@H, хоча експерименти свідчать, що вони згортаються надзвичайно швидко. Крайній термін для повернення результатів 9 днів. Зображення:

Проєкт 114

Проєкти 111, 112, 113 і 114 аналізують згортання білка Стафіллокок А, білка з трьома пов'язаними спіралями. Білок А зазвичай прикріплений до бактеріальної мембрани, і є важливою мішенню для антитіл. Тут досліджується згортання білка А і декількох його варіантів. Ці білки є найбільшими молекулами, які коли-небудь симулювалися в рамках F@H, хоча експерименти свідчать, що вони згортаються надзвичайно швидко. Крайній термін для повернення результатів 9 днів. Зображення:

Проєкти 115—126

До більших білків! Спершу деякі тести, починаючи з згорнутого стану, разом з симуляціями розгортання. Позначені pdb кодами (2SPZ, 2ABD, 1APS, 1UBQ, 1I6C, 1SHF), аналізуються різноманітні білками з відмінними архітектурами (всі альфа, альфа/бета, всі бета).

Проєкти 127—128

Ці два проєкти є першими тестами ділянки WW. Це цікавий білок, як з точки зору згортання, так і з точки зору біології, медицини і хвороб. Ви можете знайти більше інформації в хорошій, не стенфордській сторінці .

Проєкти 131—136

До більших білків! Після деяких тестів, які починалися з згорнутого стану, досліджується згортання більших білків. Позначені pdb кодами (2SPZ, 2ABD, 1APS, 1UBQ, 1I6C, 1SHF), аналізуються різноманітні білками з відмінними архітектурами (всі альфа, альфа/бета, всі бета).

Проєкти 137—144

Проводиться певна робота для вивчення залежності згортання білків від різноманітності зовнішніх властивостей. Опрацьовується один і той же білок у різних проєктах з відмінностями в умовах вирішення.

Проєкти 145—157

Проводиться певна робота для вивчення залежності згортання білків від різноманітності зовнішніх властивостей. Опрацьовується один і той же білок у різних проєктах з відмінностями в умовах вирішення. WU з проєкту 146 вийшли з файлами .xyz, позначеними як проєкт 145. Це було особливо нещасливим, адже завдання з проєкту 146 були в 10 раз більшими (і приносили в 10 раз більше кредитів), ніж з 145-го.

Проєкти 160—172

Проєкти 160—172 також аналізують згортання headpiece Вілліна. The villin headpiece — це частина білка Віллін, яка сформована з трьох спіралей, які згруповані разом. Віллін — це білок, який допомагає підтримувати сітку волокон (зроблених з білка Актин), що служать, як щось подібне до скелета клітини. Зображення: