Vetenskapen bakom Folding@home

Klicka här för en videointroduktion till vetenskapen bakom Folding@home

Vad är proteiner?

Proteiner är pärlband av aminosyror – långa kedjemolekyler. Proteiner är grunden för hur biologin får saker uträttade. Som enzymer driver de samtliga biokemiska reaktioner som får biologi att fungera. Som strukturella element är de huvudbeståndsdelarna i våra ben, muskler, hår, hud och blodkärl. Som antikroppar känner de igen främmande element och tillåter immunförsvaret att avlägsna dessa oönskade inkräktare. På grund av dessa saker har vetenskapsmän avkodat det mänskliga genomet – ritningen för alla proteiner i biologin – men hur kan vi förstå vad dessa proteiner gör och hur de fungerar?

Varför "viker" sig proteiner?

Att bara känna till i vilken ordning aminosyrorna kommer berättar mycket lite om vad ett protein gör och på vilket sätt det gör det. För att kunna utföra sitt arbete som till exempel enzym eller antikropp måste proteinet anta en viss form, eller "vikning". Med andra ord är proteiner otroliga maskiner: innan de uträttar sina arbeten sätter de ihop sig själva! Den här självmonteringen kallas för "vikning". Ett av målen med vårt projekt är att simulera proteinvikning för att förstå hur proteiner kan vika sig så fort och korrekt, och att lära oss vad som händer när processen spårar ur (när proteiner felviker sig).

Proteinvikning och sjukdomar: BSE (galna ko-sjukan), Alzheimers, Huntingtons, ...

Vad händer om proteiner inte viker sig korrekt? Sjukdomar som Alzheimers sjukdom, cystisk fibros, BSE (galna ko-sjukan), en ärftlig form av emfysem samt till och med många sorters cancer tros orsakas av felvikta proteiner. När proteiner viker sig på fel sätt kan de klumpa ihop sig ("aggregera"). Dessa klumpar samlas ofta i hjärnan, där de tros orsaka symtomen på galna ko-sjukan eller Alzheimers sjukdom.

Varför är proteinvikning så svårt att förstå?

Det är otroligt att proteiner inte bara sätter ihop sig själva – viker sig – utan också gör det otroligt fort: några på så kort tid som en miljondels sekund. Även om detta är väldigt kort tid för en människas tidsuppfattning, så är det påfallande lång tid för att simuleras av en dator. Faktum är att det tar ungefär en dag att simulera en nanosekund (1/1 000 000 000 av en sekund). Dessvärre tar det i storleksordningen tiotals mikrosekunder (10 000 nanosekunder) för proteiner att vika sig. Därför skulle det ta 10 000 processordagar för att simulera vikning – med andra ord skulle det ta 30 processorår! Det är lång tid för ett resultat!

Vår lösning: Att använda nya distributed computing-algoritmer för att simulera det som inte var möjligt tidigare

Vår grupp har utvecklat flera nya sätt att simulera proteinvikning som kan slå igenom den grundläggande barriären att simulera experimentella tidsrymder, gneom att dela upp arbetet mellan många processorer på ett nytt sätt – med en nästan linjär uppsnabbning efter antalet processorer. Därigenom har vi, med hjälp av kraften i Folding@Home (över 100 000 processorer), framgångsrikt brutit igenom mikrosekundbarriären. Vi simulerar millisekunder av vikningstid och hjälper till att lösa mysteriet om hur proteiner viker sig.

Vad har vi gjort hitintills och vart är vi på väg?

Folding@Home har varit en framgång. År 2000 till 2001 vikte vi flera små, snabbvikande proteiner, med experimentell validering av vår metod. Vi arbetar nu med att vidareutveckla vår metod, och tillämpa den på mer komplexa och intressanta proteiner och frågor om proteinvikning samt felvikning. Sedan dess (2002-2006) har Folding@Home studerat mer komplexa proteiner, rapporterat om vikningen av många proteiner över tider i mikrosekundstorleken, som till exempel BBA5, huvudstycket i villin, Trp Cage, med flera.

Under senare tid (2006 - nutid) har vi gjort stora ansträngningar inom studierna av proteiner relevanta för sjukdomar, såsom Alzheimers och Huntingtons sjukdomar. Du kan lära dig mer om våra resultat och referentgranskade vetenskapliga åstadkommanden på vår uppsatssida.

Hur kan jag lära mig mer om hur Folding@home fungerar och vad Folding@home har gjort hittills?

En bra utgångspunkt för att lära sig mer om några av våra framgångar med Folding@Home, liksom hur Folding@Home fungerar, är våra senaste uppsatser eller pressrapporter om vårt arbete. Läs gärna även svaren till ett antal vanliga frågor, och i synnerhet vår sida om de sjukdomar och biomedicinska frågor vi studerar.

Kan ni berätta var jag kan hitta mer information om matematiken bakom Folding@home, dvs. de specifika typer av beräkningar som görs?

De engelska Wikipedia-artiklarna för dessa ämnen är välskrivna, så de utgör troligen en bra utgångspunkt. Vi föreslår artiklarna om molekylär mekanik, molekylär dynamik, kraftfält samt implicit solvatisering.

Senast uppdaterad September 15, 2009, at 04:02 AM