Используйте свою силу - мощь компьютера
Используйте свою силу - мощь компьютера.
(21.09.2020)
Например, с помощью «распределенных вычислений» очень легко продвигать исследования РНК.
Исследование после работы - не поднимая пальца. Тут подойдет волшебное слово: распределенные вычисления (DC). Все, что вам нужно сделать, это включить компьютер (ладно, для этого, возможно, придется согнуть палец), и CPU или GPU (видеокарта) будут участвовать в научных проектах со своей вычислительной мощностью.
(«Кластер смартфона» с жидкостным охлаждением (слева), 6S РНК E. coli (голубой) в комплексе с бета-субъединицей РНК-полимеразы E. coli (темно-зеленый))
Например, для борьбы с SARS-CoV-2. Например, платформа Folding @ home, координируемая Стэнфордским университетом, в настоящее время моделирует неструктурный белок 8 (NSP8), один из двух кофакторов основной вирусной полимеразы NSP12, с целью поиска возможных мишеней для лекарств. В общем, Folding @ home - это симуляция молекулярной динамики. Предпринята попытка найти стабильную конформацию белка путем «виртуального встряхивания» аминокислотной цепи, которая изначально была развернута.
Огромная вычислительная мощность
«Вместе мы сильны» - подходящий слоган для платформы DC. И на самом деле, команда разработчиков «домашних бабочек белка в домашних условиях» недавно сообщила на bioRxiv, что более миллиона человек приняли участие в проекте SARS-CoV-2 и вместе создали «первый в мире« экзафлопсный компьютер »». . Что примерно соответствует вычислительной мощности человеческого мозга на нейронном уровне.
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.06.27.175430v2
В Германии потенциал распределенных вычислений также давно признан - как для самой науки, так и для ее передачи общественности (ключевое слово: Citizen Science). Некоммерческая организация Rechenkraft.net e. V. базируется в Марбурге. «Изначально Rechenkraft.net был онлайн-сообществом компьютерных энтузиастов, которые хотели работать над крупными научными проектами на своих частных компьютерах», - говорит Майкл Вебер, председатель правления ассоциации и химик. «В то время в архитектуре ЦП не было никаких функций энергосбережения, так что в лучшем случае разница составляла 15 Вт вне зависимости от того, простаивает ли обычный ПК или работает с полной нагрузкой. Оставлять вещи включенными, не рассчитывая на них, было пустой тратой энергии ». Если учесть, что офисным приложениям в то время требовалось только 5% загрузки процессора, у вас действительно оставалось много« свободной энергии ». «Ощутимо обессилен».
Расчет ставок для науки
Именно так поступали начинающие основатели клуба и принимали участие в глобальных проектах DC как команда. На международном уровне они в основном входили в десятку лучших, - с гордостью сообщает Вебер. Кроме того, они начали перечислять все текущие проекты DC по всему миру для других компьютерных энтузиастов с научным чутьем и публиковать информацию в Интернете. Любой желающий мог выбрать свой любимый проект - будь то в эволюционной биологии, астрофизике или исследовании рака - и начать вычисления. «Гражданская наука в чистом виде», - говорит Вебер. Наконец, «поскольку наш энтузиазм по поводу этой темы продолжал расти» и чтобы иметь возможность участвовать в дальнейшем и сделать DC более популярным, в конце 2004 года была основана «Ассоциация содействия образованию, исследованиям и науке с помощью сетевых компьютеров». е. В.
Однако в конечном итоге членам клуба было слишком скучно считать в расчетах только других. Вот почему в 2009 году они начали свой первый проект DC: RNA World. РНК, потому что ей поставили диагноз «нехватка вычислительной мощности для этой важной темы исследования». «Вопреки другим предположениям, мы рассматриваем клетки как« РНК-машины », в которых белки в основном всегда выполняют одни и те же стандартные задачи. (...) Для нас больше всего привлекает все еще малоизвестная «вселенная РНК», - объясняет Вебер.
http://www.rnaworld.de/rnaworld/
Чтобы восполнить эти пробелы в знаниях, RNA World изначально занималась простой идентификацией семейств РНК в недавно секвенированных геномах всех классов организмов. Задача непростая, потому что, по словам Вебера, нужно учитывать не только первичную последовательность, но и вторичную структуру. А это означает больше вычислительных усилий и обязательно экспериментальных данных. «Данные поступают из обычных общедоступных баз данных генома EMBL-EBI (Европа) или NCBI (США), при этом наше внимание до сих пор было сосредоточено на европейских базах данных. Мы извлекаем известные семейства РНК из базы данных Rfam, которая, как известно, была устаревшей в то время (и остается до сих пор) ».
Полная идентификация
Для идентификации используется программный пакет INFERNAL, изначально предназначенный для компьютеров под управлением Linux. Чтобы заставить пакет работать на более широко используемых компьютерах с операционной системой Windows (лучше подходящих для проектов Citizen Science), код был быстро переработан. Также в обмен на первоначальных разработчиков Шона Эдди и Эрика Навроцки, которые тогда работали в исследовательском кампусе HHMI Janelia Farm в США.
https://academic.oup.com/bioinformatics/article/29/22/2933/3...
«Что касается принципа работы, RNA World / INFERNAL берет на себя геном вновь секвенированного организма и использует« стохастические контекстно-свободные грамматики »для систематического картирования всех известных семейств РНК на основе так называемого ковариационного подхода. Кроме того, RNA World позволяет. Например, на основе результатов лабораторных экспериментов мы можем создать наши собственные модели ковариации РНК и последовательно искать для них гомологичных членов семейства в новых наборах данных генома », - объясняет Вебер.
Почти 20 000 компьютеров с более чем 6 000 участников рассчитывают на RNA World. В исключительных случаях решение арифметической задачи может занять целый год. Это показывает настойчивость многих участвовавших в этом ученых-граждан. «Мы хотели показать, что сообщество людей, заинтересованных в науке, может держать свечу перед профессиональными учреждениями в области биоинформатики даже в свободное время». И это сработало. «Основанием для этого является хорошее общение между обеими сторонами», - говорит Вебер.
«RNA World» в настоящее время находится в переходной фазе, добавляет химик. Завершаются последние, более сложные арифметические задачи, а затем система программного обеспечения подвергается капитальному ремонту и оснащается новыми приложениями. B. Разрешить моделирование молекулярного докинга, виртуального скрининга и молекулярной динамики. «Конечно, все основано на свободно доступном программном обеспечении с открытым исходным кодом», - добавляет Вебер.
Исправление выпущено
Также необходимо провести работу, чтобы обеспечить более быструю сортировку, обработку и публикацию результатов. «Новичку легко недооценить объем данных, которые вас ждут. Несколько раз с нами случалось, что независимые исследовательские группы университетов публиковали результаты, полученные с помощью RNA World ».
Однако также возможно сотрудничество, при котором исследователи снабжают суперкомпьютер RNA-World своими данными. Вебер: «У нас вы можете использовать простую веб-форму, чтобы выбрать нужное приложение, загрузить файлы проекта, и результаты будут представлены в виде загрузки после завершения. Я не знаю ни одной активной распределенной вычислительной системы, которая предлагает этот подход ». Единственное требование - это регистрация и предварительное участие хотя бы в нескольких вычислительных задачах в RNA World. Все желающие могут связаться с Rechenkraft.net e. Отчет V., а также предложения по программному обеспечению, которое можно интегрировать в RNA World.
Между тем ассоциация энтузиастов постоянного тока даже превратилась в целое tecSPACE, открытую мастерскую с 3D-принтером, лазерным резаком / гравером, рабочей средой виртуальной реальности, осциллографом, лабораторным источником питания, паяльной станцией, микроскопом и фрезерным станком с ЧПУ, которые бесплатно доступны для всех людей с хорошими идеями. «В биоинформатике мы хотим продвигать идею OpenPharma, которая позволяет любознательным людям заниматься своими собственными исследовательскими проектами», - говорит Вебер. «По сути, для нас также важно показать, что альтруистические действия в кооперативном сообществе могут быть более мощными, чем коммерческие услуги, основанные на конкуренции».
Кэтлин Грансалке https://www.laborjournal.de/editorials/2091.php
Фото: Rechenkraft.net e. В.
Хотите принять участие в распределенных вычислениях, тогда, Вам сюда:
