Wenn Greg Bowman präsentiert eine Diashow über die Proteine, die er studiert, Ihre 3D-Formen und-Faltung heraus spielen, wie Animationen auf einer großen Leinwand. Wie er beschreibt diese Moleküle, es könnte leicht zu übersehen, die Tatsache, dass er nicht wirklich sehen, seine eigene Vorstellung, zumindest nicht so, wie das Publikum.
Bowman, PhD, assistant professor für Biochemie und molekulare Biophysik an der Washington University School of Medicine in St. Louis, ist blind. Auch er führt nun eine der größten crowd-sourced “ computational biology Projekte in der Welt. Der Aufwand richtet sich auf das Verständnis, wie sich Proteine Falten sich in Ihre richtige Form und der strukturelle Bewegungen Sie machen, wie Sie Ihre Arbeit tun, halten den Körper gesund. Proteine sind lebenswichtige zelluläre Maschinerie, und das Verständnis, wie Sie montieren und Funktion oder Fehlfunktion — könnte Licht auf viele der am kniffligsten Probleme in der medizinischen Wissenschaft, von der Verhinderung der Alzheimer-Krankheit, zur Behandlung von Krebs, zur Bekämpfung der Antibiotikaresistenz.
Entsprechend aufgerufen Folding@home, das Projekt stützt sich auf die macht von Zehntausenden von Computern zu Hause zu führen die komplexen Berechnungen erforderlich, um die Simulation der Dynamik von Proteinen Bowman und seine Kollegen studieren. Mit diesem vernetzten Rechenleistung für Folding@home ist, im wesentlichen, einer der weltweit größten Supercomputer.
„Es gibt einige traditionelle supercomputing Leute, die möglicherweise nehmen Ausgabe mit, die Charakterisierung,“ Bowman sagte mit einem lachen. “Anstatt eine einzige riesige Maschine, Folding@home ist ein distributed computing Netzwerk. Tausende von Freiwilligen auf der ganzen Welt unsere software herunterladen und dazu beitragen, einen Teil Ihres home-computer-setups für das Projekt. Aber in Bezug auf die rohe Rechenleistung, die schiere Anzahl der Berechnungen pro Sekunde ausgeführt werden können — es ist auf Augenhöhe mit den weltweit größten Supercomputern.“
Bowman begann diese Arbeit im Labor der Folding@home-Gründer Vijay Pande, PhD, von der Stanford University. Bowman promovierte an der Stanford und war als Postdoc dort. Nach 18 Jahren an der Spitze, fande wählte Bowman zu übernehmen, leadership, bringt Folding@home in den nächsten zehn Jahren und darüber hinaus.
„Greg hat eine einzigartige Kombination von Fähigkeiten,“ Pande sagte. “Er hat die technischen Koteletts zu führen, dieses komplexe Projekt, und er hat den Menschen Fähigkeiten, die zum verwalten der verteilten Natur, vor allem die Tatsache, dass es um so viele verschiedene Arten von Menschen — Wissenschaftler und nichtwissenschaftler gleichermaßen. Greg hat auch große vision für die Zukunft dieses Projektes. Er wird nicht nur halten die Züge auf Zeit, er hat eine starke Bild, wo Folding@home sollte 10 bis 20 Jahren von jetzt an.“
Folding@home ist die massive Rechenleistung ist entscheidend für das Verständnis der Proteinfaltung, ein problem Bowman ruft eine klassische Herausforderung in der Biochemie und Biophysik. Proteine sind die Rohstoffe, aus denen unser Körper. Aber Sie sind auch die molekularen Maschinen, die die Arbeit der Aufbau dieser Gremien und machen Sie sicher, dass Sie richtig laufen. Um seine Arbeit zu tun, ein protein, muss die Falte in seiner richtigen form. Wenn es nicht ist, Dinge schief gehen.
Bowman versteht mehr als die meisten.
Geboren mit normalen vision, Bowman zunehmend aus den Augen verloren, immer blind durch das Alter von 9 Jahren durch eine geerbte Bedingung genannt Stargardt-Krankheit. Eine form von juvenile Makula-degeneration, es wird verursacht, wenn ein protein, das entfernt Abfälle aus Zellen in der Netzhaut nicht wieder zusammenfalten und kann nicht seine Aufgabe. Als Ergebnis, lichtempfindlichen Zellen in der Netzhaut sich überfordert mit Abfall und sterben, führen zum Verlust des zentralen Sehens.
Bowman sagte, die Erfahrung zündete eine Leidenschaft für Biologie und ein Laufwerk, um zu verstehen, was schief geht, wenn die Proteine, die unser Körper stützt sich auf arbeiten nicht richtig. Letztlich möchte er Wege finden, diese zu lösen. Aber als ein junger student, der Bowman schnell wurde klar, dass seine route in das Feld Aussehen könnte ein wenig anders als das genommen, indem der Durchschnittliche Biologe.
„Ich habe gelernt, dass in der experimentellen Biologie ist nicht sehr zugänglich für Menschen, die sehbehindert sind,“ Bowman sagte. “Im wesentlichen sehe ich bei der niedrigen Auflösung, meistens mit meinem peripheren Sehens. Ich kann navigieren Fluren und Laboren, aber ich kann nicht Lesen, die kleine Zifferblatt auf eine pipette, zum Beispiel.
„Als ich kam, um dies zu realisieren, auch ich fiel in der Liebe mit Computern“, sagte er. “Ich sah, dass die Fähigkeiten der informatik und mathematische Modellierung angewandt werden könnten, um biologische Probleme. Plus ist einer der vielen Schönheiten der Computer ist, dass es wirklich einfach zum vergrößern auf die Dinge. Kann ich zoom auf das 16-fache Vergrößerung und scrollen auf dem Bildschirm, so lese ich ein wissenschaftliches paper oder auch nur eine E — Mail zum Beispiel.“
Mit Folding@home, Bowman und seine Kollegen sind das Zoomen in Proteine und wie Sie aussteigen viel mehr als das 16-fache. In der Tat, Sie sind immer so nah wie physikalisch möglich — bis auf die Atomare Ebene. Mit diesem vernetzten supercomputer, die Wissenschaftler mit dem Modell der Proteine auf der Ebene von einzelnen Atomen in einem Bruchteil der Zeit es dauern könnte sogar mächtiger einzelnen Rechner. Viele wichtige biologische Prozesse, die Proteine führen über Millisekunden bis zu wenigen Sekunden. Das mag kurz sein, aber mess-Atomen, wie Sie bounce aus-ein anderes erfordert Zeit-Skalen, in Femtosekunden — eine Billiardstel Sekunde.
„Modell nur eine Millisekunde der Faltung, noch für die Durchschnittliche Größe eines proteins, auf eine top-of-the-line-MacBook Pro, die es dauern würde, so etwas wie vor 500 Jahren“ Bowman sagte. “Aber mit Folding@home, die wir aufteilen können, diese Probleme in viele unabhängige Teile. Wir senden Ihnen bis zu 1000 Personen zur gleichen Zeit. Die Ausführung dieser Berechnungen parallel, wir können diese Probleme hätten 500 Jahre und stattdessen lösen Sie in sechs Monaten.“
Als dies geschrieben wurde, Folding@home hat mehr als 110.000 freiwillige „Ordner“ auf der ganzen Welt, die gemeinsam einen Teil Ihrer home-computing-Kapazitäten. Nach videos von einigen Freiwilligen, die Gründe für Ihren Beitrag zu dem Projekt sind, wie Bowman, persönlichen. Das Programm gibt dem Anwender die Wahl, in welche Art von Projekten Sie tragen, ob Sie interessiert sind bei der Steigerung der Krebsforschung, Vorbeugung der Alzheimer-Krankheit oder im Kampf gegen Antibiotika-Resistenzen, unter anderem.
Bowman sieht eine Zukunft, in der Folding@home dient als Ausgangspunkt für neue drug design. Jetzt, Wissenschaftler haben oft nur eine bekannte, die Struktur des proteins zu studieren. Beta-lactamase, zum Beispiel, ist ein protein, dass einige Bakterien bereitstellen, um sich selbst zu schützen von Antibiotika wie penicillin. Das protein hat eine gut dokumentierte, lange untersuchten Struktur. Aber diese Struktur stellt nur einen einzigen snapshot der beta-lactamase in einem moment in der Zeit.
„Diese Momentaufnahme enthält wertvolle Informationen,“ Bowman sagte. “Aber es ist eine Art sehen, wie ein Bild von einem Bau Fahrzeug auf einem Parkplatz und versuchen zu erraten, was es tut. Wirklich, was man gerne hätte, ist zu beobachten, dieses Ding zu bewegen und sehen, wie es funktioniert zusammen mit anderen Maschinen zu, sagen wir, ein Gebäude zu bauen. Wir sind interessiert daran zu beobachten, wie sich jedes atom im protein bewegt, als er zum ersten mal hergestellt, und wie es geht über Ihre jobs. Die Atome in einem protein sind nie still, Sie sind ständig drängeln und sich bewegen. Und eine genetische mutation, die änderungen sind vielleicht ein Dutzend Atome von tausenden. Wir wollen verstehen, was das bedeutet, das gesamte protein.“
Unter mehreren Projekten, Bowman ‚ s eigene Labor ist mit Folding@home für die Suche nach neuen Medikamenten zur Bekämpfung von Antibiotika-Resistenzen. Gerade die Bewegung von beta-lactamase, zum Beispiel, hat bereits gezeigt, was Bowman ruft „cryptic Taschen,“ schwache Punkte in das protein, das gezielt angesprochen werden können, die von Drogen, aber, dass sind nicht sichtbar in der lange-studierte Schnappschuss von diesem protein. Die kryptischen Taschen nur zeigen, dass selbst, wenn das protein sich bewegt.
Als Bowman sieht die Welt etwas anders als die meisten, Folding@home bietet dem Wissenschaftler einen anderen Blick auf längst untersuchten Proteine, aufschlussreiche Lösungen für biologische Probleme, die sonst verborgen bleiben, aus dem Blick.
Zu Ihrem eigenen computer zu arbeiten, die Proteine faltet, besuchen Sie die Folding@home-website.
