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Coronavírus leva a ciência molecular do Folding @ Home a níveis exaflop

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O programa Folding @ Home, de longa data, para reunir a tarefa extremamente complexa de resolver interações moleculares atingiu um marco importante, quando milhares de novos usuários se inscreveram para colocar seus computadores em funcionamento. A rede agora compreende um “exaflop” de poder computacional: 1.000.000.000.000.000.000 de operações por segundo. O Folding @ Home começou há 20 anos como uma maneira – então nova e pioneira pelo agora hibernando SETI @ Home – para acabar com problemas pesados ​​da computação e distribuí-los a indivíduos para execução. Isso equivale a um supercomputador bruto distribuído em todo o mundo e, embora não seja tão eficaz quanto um supercomputador “real” na explosão de cálculos, pode resolver rapidamente problemas complexos. O problema em questão abordado por essa ferramenta (administrado por um grupo da Universidade de Washington em St. Louis) é o do dobramento de proteínas. As proteínas são uma das muitas estruturas químicas que fazem nossa biologia funcionar, e variam de pequenas moléculas relativamente bem compreendidas a moléculas realmente enormes. O problema das proteínas é que elas mudam de forma dependendo das condições – temperatura, pH, presença ou ausência de outras moléculas. Essa mudança de forma geralmente é o que as torna úteis – por exemplo, uma proteína de cinesina muda de forma como um par de pernas, tomando medidas para transportar uma carga útil através de uma célula. Outra proteína como um canal de íons se abrirá para permitir a passagem de átomos carregados apenas se houver outra proteína, que se encaixe nela como uma chave em uma fechadura. Créditos da imagem: Voelz et al. Algumas dessas mudanças, ou convoluções, estão bem documentadas, mas a maioria é de longe totalmente desconhecida. Mas, através de uma simulação robusta das moléculas e seus arredores, podemos descobrir novas informações sobre proteínas que podem levar a importantes descobertas. Por exemplo, e se você pudesse mostrar que, quando esse canal de íons estiver aberto, outra proteína poderá bloqueá-lo dessa maneira por mais tempo do que o normal ou fechá-lo rapidamente? Encontrar esse tipo de oportunidade é o objetivo desse tipo de ciência molecular. Infelizmente, também é extremamente caro para a computação. Essas interações inter e intra-moleculares são o tipo de coisa que os supercomputadores podem triturar infinitamente para cobrir todas as possibilidades. Vinte anos atrás, os supercomputadores eram muito mais raros do que são hoje, então o Folding @ Home começou como uma maneira de fazer esse tipo de carga pesada de computação sem comprar uma configuração Cray de US $ 500 milhões. O programa tem funcionado o tempo todo e provavelmente teve um impulso quando o SETI @ Home o recomendou como uma alternativa aos seus muitos usuários. Mas a crise do coronavírus tornou a ideia de contribuir com recursos para uma causa maior altamente atraente e, como tal, houve um grande aumento de usuários – tanto que os servidores estão lutando para colocar problemas nos computadores de todos para resolver. Exemplos de proteínas relacionadas ao COVID-19, conforme visualizado pelo Folding @ Home. O marco que está comemorando é a conquista de um exaflop de poder de processamento, que eu acredito em um sextilhão (bilhões de bilhões) de operações por segundo. Uma operação é uma operação lógica, como AND ou NOR, e várias delas juntas formam expressões matemáticas, que acabam adicionando coisas úteis como dizer “em temperaturas acima de 38 graus Celsius, essa proteína se deforma para permitir que um medicamento se ligue neste local e desativá-lo. ” Computação em escala exascal é o próximo objetivo dos supercomputadores; A Intel e a Cray estão construindo computadores de escala exótica para os Laboratórios Nacionais que devem entrar em operação nos próximos anos – mas os supercomputadores mais rápidos disponíveis hoje operam em uma escala de centenas de petaflops, ou cerca de metade a um terço da velocidade como um exaflop . Naturalmente, essas duas coisas não são diretamente comparáveis ​​- o Folding @ Home está reunindo o poder de computação de um exaflop, mas não está operando como uma única unidade trabalhando em um único problema, como os sistemas de exascale são desenvolvidos. O rótulo está lá para dar uma sensação de escala. Esse tipo de análise levará a tratamentos com coronavírus? Talvez mais tarde, mas quase certamente não no futuro imediato. A proteômica é uma “pesquisa básica”, no sentido de entender melhor o mundo ao nosso redor (e dentro) de nós – período. O COVID-19 (como Parkinson, Alzheimer, ALS e outros) não é um problema único, mas um grande conjunto de incógnitas e mal delimitado; seu proteoma e interações relacionadas fazem parte desse conjunto. O ponto não é tropeçar em uma bala mágica, mas estabelecer uma base para a compreensão, para que, quando estivermos avaliando soluções em potencial, possamos escolher a solução certa 1% mais rápido, porque sabemos que essa molécula nessa situação age dessa maneira. Como o projeto observou em uma postagem no blog que anuncia o lançamento de trabalhos relacionados ao coronavírus: Essa onda inicial de projetos concentra-se em entender melhor como esses coronavírus interagem com o receptor ACE2 humano necessário para a entrada viral nas células hospedeiras humanas e como os pesquisadores podem interferir com eles através do design de novos anticorpos terapêuticos ou pequenas moléculas que podem afetar a interação deles. Se você quiser ajudar, pode fazer o download do cliente Folding @ Home e doar seus ciclos sobressalentes de CPU e GPU para a causa.

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