6

Как карельские математики атаковали неизлечимую болезнь c помощью систем Enterprise Deskop Grid на базе BOINC

Как карельские математики атаковали неизлечимую болезнь c помощью систем Enterprise Deskop Grid на базе BOINC


Этот редкий недуг называется пузырчатка обыкновенная (Pemphigus vulgaris). Суть его заключается в том, что иммунная система человека вдруг дает сбой и начинает работать против собственной кожи и слизистой оболочки, вызывая незаживающие волдыри и язвы. Современная медицина пока не знает методов лечения этой болезни, поиски лекарств ведутся учеными по всем направлениям, в том числе и на стыке наук. Не последнюю роль в решении этой проблемы играют и математики.


Как карельские математики атаковали неизлечимую болезнь Научный кофе-брейк в Институте прикладной математики. Фото: Александр Трубин


У обывателей математик закрепился в образе этакого смурного, одержимого цифрами субъекта, сутками не отходящего от экрана монитора, по которому бегут бесконечные ряды формул. Журналисты тоже не балуют математиков вниманием: говорят непонятно, на видео статичны - сидит человек и «гоняет мышку по коврику»... У них даже перерыв в работе называется scientific cоffeе-break («научный кофе») ‒ время, когда можно не только получить чашечку любимого напитка, но и порцию полезной информации от коллег. В общем, живут в своем обособленном мире. Но на самом деле это не так. Математический мир, пожалуй, единственный на Земле не имеет границ, политических или расовых условностей. В нем сотни и сотни добровольцев незаметно для нас помогают человечеству решать возникающие перед ним задачи.


Одной из таких задач стал поиск компонентов препарата для лечения пузырчатки обыкновенной. В процессе работы Наталия Никитина и Евгений Ивашко - сотрудники лаборатории телекоммуникационных систем Института прикладных математических исследований КарНЦ РАН - провели 12 миллионов (!) виртуальных компьютерных экспериментов по моделированию на молекулярном уровне взаимодействия различных химических веществ с источником заболевания. И только четыре из них дали надежды на исцеление.


‒ Наташа, для проведения экспериментов вы использовали некий суперкомпьютер?

‒ Нет, обычный персональный компьютер и систему Enterprise Deskop Grid на базе BOINC. Дело в том, что в научном мире уже давно существуют, можно сказать, объединения по интересам. Возникает какая-то проблема, на решение которой вызываются добровольцы. Ими могут быть целые институты, научные лаборатории или просто отдельные учёные со своими ПК. Заказчик делит общую задачу на десятки тысяч, сотни тысяч, а то и миллионы подзадач, которые добровольцы начинают решать на компьютерах. Потом результаты собираются и изучаются.


В 2011 году мы с Евгением Ивашко были на семинаре “BOINC Workshop” в Ганновере, и там познакомились с немецким ученым Стефаном Меллером, работавшим в Институте экспериментальной дерматологии города Любек. Он и предложил участие в проекте по разработке препарата для лечения аутоиммунной болезни.


Компоненты лекарств вообще традиционно подбираются опытным путем, это долгий и малоэффективный процесс. Поэтому в последнее время математики с их возможностями все чаще привлекаются для компьютерного моделирования воздействия химических веществ на клетки человеческого организма с целью преодоления болезни. Этот метод называется виртуальным скринингом (подбором с помощью ЭВМ), и относительно быстро дает надежные результаты.


‒ Ну да, как известно, кибернетика сосчитала, сколько звезд на небе, капель воды в море… Но вы же не химики, физиологи или медики…


‒ Нам и не нужны их глубокие знания. В дерматологическом институте нам рассказали, что источник заболевания, в принципе, известен ‒ определенная белковая молекула. Но не определено химическое вещество, общее название которого ‒ лиганд, способное воздействовать на неё и обезвредить. В начале разработки лекарства это ключевая задача.


Механизм решения кажется простым, но таких лигандов – миллионы только в открытом доступе…


Нашлись еще добровольцы из Германии, Италии, Великобритании, США, и мы создали виртуальный суперкомпьютер, состоящий из 52 персональных машин. Институт экспериментальной дерматологии предоставил для проведения виртуального скрининга пространственную модель белка и несколько целевых подмножеств лигандов из базы данных ZINC (в ней содержатся модели миллионов молекул, которые можно заказать и протестировать в лаборатории).


Работа шла в течение 10 месяцев, и в результате нам удалось выделить 12 лигандов, которые по всем математическим параметрам могли воздействовать на зловредную белковую молекулу. Данные отправили в лабораторию. Ответ, с одной стороны, порадовал: четыре лиганда могут бить молекулу-мишень «в яблочко». Но с другой… Эти вещества, после изучения с чисто медицинской точки зрения, оказались стероидами, а применить их на стадии экспериментального лечения человека невозможно из-за огромного количества побочных эффектов. Но в целом проект доказал свою работоспособность, и наши исследования оценили, как большой успех. Так что работу нужно продолжать.


‒ Насколько я знаю, этот скрининг принес пользу не только медицине, но и вам, как ученым-математикам. Ваша совместная с Евгением Ивашко и Андреем Черных статья «Планирование заданий для оптимизации виртурального скрининга лекарств» была опубликована в журнале «Journal of Computer-Aided Molecular Design» ‒ авторитетном мировом издании в области биоинформатики…


‒ Да, в продолжение проекта мы разработали математическую стратегию управления вычислениями, позволяющую получать первые результаты виртуального скрининга очень быстро. Таким образом, их можно направить в лабораторию, не дожидаясь досчёта остальных молекул. Ведь процесс виртуального скрининга занимает месяцы. На этот раз работа проводилась совместно с нашим соотечественником Андреем Черных, который живёт и работает в Мексике. Мы реализовали программу, провели эксперименты на тестовой базе данных. Остаётся испытать новую разработку при поиске лекарства от пузырчатки или других заболеваний.


Справка

Стероиды — вещества животного или растительного происхождения, обладающие высокой биологической активностью. Анаболические стероиды – гормоны природного происхождения (реже синтетического), которые вызывают генетические изменения в клетках. В результате происходит ускорение синтеза белка, образование новых клеток и мышечных структур.

Как карельские математики атаковали неизлечимую болезнь c помощью систем Enterprise Deskop Grid на базе BOINC Наука, Болезнь, Стероиды, Добровольцы, Карелия, Длиннопост

Дубликаты не найдены

+1

А пузырчатка-это не волчанка, нет? А то я знаю одного киноспециалиста по волчанке...

0

По-моему огнеметом тут было бы проще.

Похожие посты
6790

Электрокостюм для больных паркинсоном

Если, например, бицепс напряжен, костюм стимулирует трицепс, который, в свою очередь, заставляет бицепс расслабляться. 
318

Ответ на пост «Треть россиян может быть просто невосприимчива к коронавирусу» 

Показать полностью
431

Тайна австралийской плотоядной болезни

Тайна австралийской плотоядной болезни Наука, Болезнь, Исследования, Язва, Австралия, Длиннопост
Тайна австралийской плотоядной болезни Наука, Болезнь, Исследования, Язва, Австралия, Длиннопост
Показать полностью 1
1337

«ЛЮДИ-ОВОЩИ» ОСТАЮТСЯ В СОЗНАНИИ! КАК ДОСТУЧАТЬСЯ?Эксперимент, который потряс неврологов

Показать полностью
34

Неужели он сказал:"Указание измерения части аппарата или упоминание стоимости аппарата в различных формах?"(сенсорная афазия)

Неужели он сказал:"Указание измерения части аппарата или упоминание стоимости аппарата в различных формах?"(сенсорная афазия) Биология, Нейробиология, Медицина, Болезнь, История болезни, Наука, Ученые, Мозг, Афазия, Научпоп, Интересное, Травма, Видео, Длиннопост
Неужели он сказал:"Указание измерения части аппарата или упоминание стоимости аппарата в различных формах?"(сенсорная афазия) Биология, Нейробиология, Медицина, Болезнь, История болезни, Наука, Ученые, Мозг, Афазия, Научпоп, Интересное, Травма, Видео, Длиннопост
Неужели он сказал:"Указание измерения части аппарата или упоминание стоимости аппарата в различных формах?"(сенсорная афазия) Биология, Нейробиология, Медицина, Болезнь, История болезни, Наука, Ученые, Мозг, Афазия, Научпоп, Интересное, Травма, Видео, Длиннопост
Показать полностью 2 1
115

Какая болезнь заставляет танцевать?

Какая болезнь заставляет танцевать? Биология, Наука, Болезнь, Умный, Медицина, Мозг, Нейробиология, Статистика, Орфанное заболевание, Научпоп, Люди, Психология, Движение, Нервная система, Ученье - свет, Редкость, История болезни, Видео, Длиннопост
Какая болезнь заставляет танцевать? Биология, Наука, Болезнь, Умный, Медицина, Мозг, Нейробиология, Статистика, Орфанное заболевание, Научпоп, Люди, Психология, Движение, Нервная система, Ученье - свет, Редкость, История болезни, Видео, Длиннопост
Какая болезнь заставляет танцевать? Биология, Наука, Болезнь, Умный, Медицина, Мозг, Нейробиология, Статистика, Орфанное заболевание, Научпоп, Люди, Психология, Движение, Нервная система, Ученье - свет, Редкость, История болезни, Видео, Длиннопост
Какая болезнь заставляет танцевать? Биология, Наука, Болезнь, Умный, Медицина, Мозг, Нейробиология, Статистика, Орфанное заболевание, Научпоп, Люди, Психология, Движение, Нервная система, Ученье - свет, Редкость, История болезни, Видео, Длиннопост
Какая болезнь заставляет танцевать? Биология, Наука, Болезнь, Умный, Медицина, Мозг, Нейробиология, Статистика, Орфанное заболевание, Научпоп, Люди, Психология, Движение, Нервная система, Ученье - свет, Редкость, История болезни, Видео, Длиннопост
Какая болезнь заставляет танцевать? Биология, Наука, Болезнь, Умный, Медицина, Мозг, Нейробиология, Статистика, Орфанное заболевание, Научпоп, Люди, Психология, Движение, Нервная система, Ученье - свет, Редкость, История болезни, Видео, Длиннопост
Показать полностью 5 2
1800

Врачи всю ночь боролись за жизнь жителя Карелии c разрывом аорты

Врачи всю ночь боролись за жизнь жителя Карелии c разрывом аорты Трудовые будни, Сосудистая хирургия, Карелия, Операция, Хирургия, Болезнь, Новости
65

Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария

Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария Научная станция, Беломорье, Полярное сияние, Карелия, Наука, Длиннопост
Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария Научная станция, Беломорье, Полярное сияние, Карелия, Наука, Длиннопост
Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария Научная станция, Беломорье, Полярное сияние, Карелия, Наука, Длиннопост
Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария Научная станция, Беломорье, Полярное сияние, Карелия, Наука, Длиннопост
Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария Научная станция, Беломорье, Полярное сияние, Карелия, Наука, Длиннопост
Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария Научная станция, Беломорье, Полярное сияние, Карелия, Наука, Длиннопост
Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария Научная станция, Беломорье, Полярное сияние, Карелия, Наука, Длиннопост
Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария Научная станция, Беломорье, Полярное сияние, Карелия, Наука, Длиннопост
Как живет самая знаменитая биологическая станция Северного полушария Научная станция, Беломорье, Полярное сияние, Карелия, Наука, Длиннопост
Показать полностью 7
Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: