Folding@Home 

 

 geokerk's team Home page

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Introduction to Macromolecular Simulation

download in pdf format  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

A villin folding trajectory

 

 

How can I use my computer to cure diseases

Are you interested in helping to find the cures to such diseases as Cancer, Alzheimer's, Mad Cow (BSE), CJD, ALS, Huntington's, and Parkinson's disease? Stanford University has developed a special program called Folding at Home that uses the power of your computer and the computers of tens of thousands of others to perform scientific research. Substantial progress has already been made as a result of the Folding at Home project.

All that is necessary to start helping is a computer with an Internet Connection. Simply download and run the Folding at Home Program from Stanford's Website or you can click below for the direct downloads for various versions of Windows:

Windows XP/Windows 2000/Windows NT

Windows 98/ME

When you run the program for the first time, it will ask you for a team number. Please be sure to join us by entering Team Number 49544.

For more detailed information about the project, please see the official Folding at Home Website. To optimize your computer for the maximum folding power, feel free to read the Preparing Your Computer for Folding page.

Welcome to the Folding at Home Community, and thank you for helping us save lives.

Past projects

 

p2106_lambda_5way_melt_4_10011

p1808_Collagen_Brodsky_refolding

p1809_Collagen_POG10new_refolding

p2057_abeta_4mer

 

 

 

 

Νόσος Αλτσχάιμερ: Οι οικιακοί υπολογιστές στην υπηρεσία της Ιατρικής
Ένας αιώνας με τη νόσο Αλτσχάιμερ

Του Παναγιώτη Αθανάσαινα (patha@kathimerini.gr)

Μία από τις σημαντικότερες νόσους του εγκεφάλου που επηρεάζουν βασικές καθημερινές λειτουργίες του είναι η νόσος Αλτσχάιμερ, γνωστή και ως άνοια. Φέτος συμπληρώνονται εκατό χρόνια από την ημέρα που ο Δρ. Άλοις Αλτσχάιμερ την περιέγραψε για πρώτη φορά, το 1906. Έπειτα από έρευνα στους εγκεφαλικούς ιστούς μιας γυναίκας - που πέθανε από κάποια ασυνήθιστη για την εποχή εγκεφαλική ασθένεια - παρατήρησε αφύσικες μάζες-όγκους στον εγκέφαλο της ασθενούς, ένα σημάδι που σήμερα αποτελεί κατεξοχήν σύμπτωμα της νόσου Αλτσχάιμερ.

Από τότε, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει ακόμη περισσότερα συμπτώματα της νόσου. Εγκεφαλικά κύτταρα που σχετίζονται με τη μνήμη καταστρέφονται ή αδρανούν ενώ διακόπτονται οι συνδέσεις μεταξύ κυττάρων και εγκεφαλικών νεύρων. Επίσης έχουν παρατηρηθεί χαμηλά επίπεδα διαφόρων χημικών ουσιών που είναι υπεύθυνες για τη μεταφορά μηνυμάτων μεταξύ των κυττάρων του εγκεφάλου επηρεάζοντας με αυτό τον τρόπο τόσο τη μνήμη όσο και τη συνολικότερη αντίληψη του περιβάλλοντος του ασθενούς.

Η κυριότερη αιτία της νόσου Αλτσχάιμερ είναι η ηλικία, καθώς η νόσος παρουσιάζεται, στην πλειοψηφία των περιστατικών, μετά τα 60 χρόνια. Αν και οι διεργασίες που πραγματοποιούνται στον εγκέφαλο και μπορεί να οδηγήσουν στη νόσο αναγνωρίζονται σε περισσότερες της μίας, μέχρι σήμερα η μόνη που έχει επιστημονικά αποδειχθεί είναι η γονιδιακή μετατροπή μιας πρωτεΐνης που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά της χοληστερόλης στο σώμα. Κατά τη μετατροπή αυτή οι πρωτεΐνες ενδέχεται να προκαλέσουν συσσώρευση αμινοξέων στον εγκέφαλο, τοξικών για τα εγκεφαλικά κύτταρα προκαλώντας με αυτό τον τρόπο την καταστροφή τους.

Αξίζει να σημειωθεί ότι ιδιαίτερο ρόλο φαίνεται να παίζει η οικογενειακή κληρονομικότητα σε συνδυασμό με τη γενετική. Η τελευταία είναι πρωτίστως υπεύθυνη για τις περιπτώσεις εμφάνισης της νόσου σε άτομα ηλικιών 30-60 ετών.

Η σημασία και ο ρόλος των πρωτεϊνών

Όπως προαναφέρθηκε, η λειτουργία και σωστή ή λανθασμένη ανάπτυξη των πρωτεϊνών αποτελεί τον κύριο παράγοντα εμφάνισης της νόσου Αλτσχάιμερ. Οι πρωτεΐνες αποτελούν τη βάση της βιολογίας για τη πραγματοποίηση πολλών βιολογικών διεργασιών. Λειτουργώντας ως ένζυμα, αποτελούν τη κινητήρια δύναμη όλων των βιολογικών διεργασιών. Αντίστοιχα, οι πρωτεΐνες λειτουργούν ως δομικά στοιχεία του σώματος και τις εντοπίζουμε στα κόκκαλα, τους μυς, το δέρμα και τα ερυθρά κύτταρα.

Επίσης, οι πρωτεΐνες λειτουργούν ως αντισώματα επιτρέποντας στο ανοσοποιητικό σύστημα να αντιμετωπίσει ανεπιθύμητους ιούς και μικρόβια. Η διαδικασία με την οποία οι πρωτεΐνες μετατρέπονται και προσαρμόζονται στις ανάγκες του ανθρώπινου οργανισμού, ονομάζεται «δίπλωμα». Μέσα από τη διαδικασία του διπλώματος οι πρωτεΐνες αλλάζουν σχήμα ώστε να εκτελέσουν την αποστολή τους ως ένζυμα, αντισώματα ή δομικό υλικό του σώματος.

Έχει παρατηρηθεί, ότι όταν η διεργασία του διπλώματος των πρωτεϊνών δεν πραγματοποιείται σωστά, τότε οδηγούμαστε στη δημιουργία και συσσώρευση όγκων, συνήθως στον εγκέφαλο, με αποτέλεσμα την εμφάνιση ασθενειών όπως το Αλτσχάιμερ, η νόσος Parkinson, η νόσος των τρελών αγελάδων καθώς και διαφόρων μορφών καρκίνου.

Distributed Computing

Η λειτουργία, ο τρόπος ανάπτυξης των πρωτεϊνών και η μετατροπή τους σε αντισώματα ή ένζυμα, είναι μια διαδικασία η οποία πραγματοποιείται μέσα σε εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Ακόμη και σήμερα, ο ισχυρότερος υπολογιστής που έχει κατασκευαστεί ποτέ δεν έχει αρκετή επεξεργαστική ισχύ ώστε να αποκωδικοποιήσει και να αναπαραστήσει αυτή τη διεργασία προκειμένου να οδηγήσει τους επιστήμονες σε ασφαλή συμπεράσματα για τον τρόπο ανάπτυξης των πρωτεϊνών.

Για το λόγο αυτό, οι επιστήμονες σήμερα χρησιμοποιούν τα πλεονεκτήματα που προσφέρει η μέθοδος του distributed computing. Ο όρος distributed computing - του οποίου η ελληνική μεταφορά θα μπορούσε να είναι «διαμοιρασμένη υπολογιστική ισχύς» - χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη συνεργασία δύο ή περισσότερων απομακρυσμένων υπολογιστών οι οποίοι εκμεταλλεύονται την πρόσθετη επεξεργαστική ισχύ που προσφέρει η συνεργασία τους ώστε να εκτελέσουν σύνθετους υπολογισμούς σε λιγότερο χρόνο. Πρακτικά, το distributed computing σημαίνει ότι ο υπολογιστής «δανείζει» την επεξεργαστική του ισχύ σε ένα πρόγραμμα την ώρα που ο χρήστης δεν τον χρησιμοποιεί, αυξάνοντας έτσι την ταχύτητα υπολογισμών του συγκεκριμένου προγράμματος, το οποίο βρίσκεται σε κάποιον άλλο απομακρυσμένο υπολογιστή.

Η πρώτη εφαρμογή με την οποία έγινε ευρέως γνωστό το distributed computing είναι το πρόγραμμα SETI@home. Το πρόγραμμα αυτό αφορούσε τον εντοπισμό ραδιοκυμάτων στο διάστημα που δεν προέρχονται από γήινη πηγή. Στην ουσία ο συμμετέχων υπολογιστής χρησιμοποιούσε ένα πρόγραμμα για να αναλύσει τα σήματα που δέχονται τα ραδιοτηλεσκόπια, και τα οποία ένας μόνο υπολογιστής θα ήταν αδύνατο να αναλύσει με λεπτομέρεια.

Και αν μέχρι σήμερα κανείς απομακρυσμένος υπολογιστής δεν εντόπισε κάποια εξωγήινη πηγή ραδιοσημάτων στο πλαίσιο του SETI@home, προκαλώντας αμφιβολίες για την αποτελεσματικότητα του distributed computing, ένα άλλο πρόγραμμα ήρθε να διαλύσει πανηγυρικά όλες τις αμφιβολίες. Το πρόγραμμα distributed.net κατάφερε να «σπάσει» τον κρυπτογραφημένο αλγόριθμο της RSA, μιας από τις μεγαλύτερες εταιριών κρυπτογραφικών συστημάτων, χρησιμοποιώντας την επεξεργαστική ισχύ των 300.000 απομακρυσμένων υπολογιστών που συμμετείχαν στο πρόγραμμα.

Folding @ Home

Τα πλεονεκτήματα του distributed computing δεν άργησαν να γίνουν αντιληπτά από τους επιστήμονες σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της Ιατρικής επιστήμης. Τον Οκτώβριο του 2000, το πανεπιστήμιο του Stanford ξεκίνησε ένα ιδιαίτερο φιλόδοξο πρόγραμμα ανάλυσης της διαδικασίας ανάπτυξης των πρωτεϊνών, υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Vijay S. Pande. To πρόγραμμα, το οποίο αρχικά ονομαζόταν Genome@home, μετονομάστηκε σε Folding@home το 2004 και σήμερα συμμετέχουν σε αυτό πάνω από 1.700.000 απομακρυσμένοι υπολογιστές.

Οι κάτοχοι των υπολογιστών που συμμετέχουν στο πρόγραμμα εγκαθιστούν αρχικά στο σκληρό δίσκο του υπολογιστή τους το λογισμικό που απαιτείται προκειμένου να μπορέσει ο υπολογιστής να προσομοιώσει την ανάπτυξη των πρωτεινών. Στη συνέχεια, και κυρίως τις ώρες που ο υπολογιστής δεν χρησιμοποιείται από τον κάτοχο του, το πρόγραμμα μπαίνει σε εφαρμογή και με τη χρήση αλγορίθμων προσομοιώνει τη λειτουργία των πρωτεϊνών. Ανά τακτά χρονικά διαστήματα ο απομακρυσμένος υπολογιστής συνδέεται με τον κεντρικό υπολογιστή του προγράμματος ώστε να δώσει τα αποτελέσματα των υπολογισμών, αλλά και για να παραλάβει καινούργια «πακέτα» πληροφοριών.

Σύμφωνα με τον καθηγητή Vande, το Folding@home μπορεί να βοηθήσει σημαντικά όχι μόνο στην ανακάλυψη των αιτιών που οδηγούν στη δυσλειτουργία των πρωτεινών, αλλά και στη κατασκευή φαρμάκων που να μην προκαλούν αυτή τη δυσλειτουργία, ενώ η μείωση του χρόνου που απαιτείται για τη προσομοίωση αυτών των βιολογικών λειτουργιών βοηθούν στην εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων για τους επιστήμονες, σε σημαντικά μικρότερα χρονικά διαστήματα. Αρκεί μόνο να σημειώσουμε ότι ένας μέσος υπολογιστής θα χρειαζόταν δέκα χιλιάδες ημέρες συνεχούς λειτουργίας για να προσομοιώσει μια βιολογική λειτουργία διάρκειας 10 εκατομμυριοστών του δευτερολέπτου.

Η ομάδα του πανεπιστημίου του Stanford έχει μέχρι σήμερα εκδώσει 44 μελέτες οι οποίες στηρίζονται στα αποτελέσματα που έχουν παραδώσει όλοι αυτοί οι απομακρυσμένοι υπολογιστές και τα οποία μετά από επιστημονική επεξεργασία οδήγησαν στην εξαγωγή συμπερασμάτων που δεν θα ήταν δυνατό να αναπαραχθούν σε κανένα σύγχρονο ιατρικό εργαστήριο.

Το προσεχές μέλλον

Το πρόγραμμα Folding@home δεν είναι το μόνο που κινείται σε ιατρικά-ερευνητικά πλαίσια. Αντίστοιχο πρόγραμμα είναι το Lifesaver του πανεπιστημίου της Οξφόρδης, το οποίο με τη συνεργασία 2,8 εκατομμυρίων υπολογιστών που συμμετέχουν μέσω του distributed computing ερευνά μεθόδους αντιμετώπισης διαφόρων μορφών καρκίνου.

Οι εταιρίες υψηλής τεχνολογίας δεν έμειναν αμέτοχες στην παγκόσμια κινητοποίηση και ευαισθητοποίηση εκατομμυρίων κατόχων υπολογιστών μέσω του distributed computing και του προγράμματος Folding@home. Έτσι, το Σεπτέμβριο του 2006 ανακοινώθηκε από τη Sony Computer Entertainment ότι το PlayStation 3, η καινούργια κονσόλα οικιακής ψυχαγωγίας που θα κυκλοφορήσει 2 μήνες μετά, θα περιέχει ενσωματωμένο το λογισμικό του προγράμματος Folding@home, δίνοντας τη δυνατότητα στους κατόχους των μηχανημάτων να δώσουν την ιδιαίτερα αυξημένη ισχύ του επεξεργαστή της κονσόλας στις υπηρεσίες του προγράμματος ήδη από την πρώτη μέρα. Αντίστοιχες κινήσεις έχει κάνει και η Microsoft με το Xbox 360, την τελευταία κονσόλα της εταιρίας που έχει ήδη κυκλοφορήσει εδώ και ένα περίπου χρόνο.

Πηγές
Seti@home - http://setiathome.ssl.berkeley.edu/
Folding@home - http://folding.stanford.edu/
BBC Online - http://www.bbc.co.uk/
Wikipedia - http://en.wikipedia.org/