Подпроект Microbiome Immunity Project (поиск иммунитета к микробиомам)
Подпроект Microbiome Immunity Project (поиск иммунитета к микробиомам)
Фон
У каждого из нас есть до 30 триллионов бактерий, живущих в нашем теле и на нем. Эти бактерии, большинство из которых живут в нашей пищеварительной системе, являются частью системы, называемой микробиомом человека. Большинство этих бактерий безвредны или даже полезны. Однако некоторые из них были причастны к таким заболеваниям, как диабет 1 типа, болезнь Крона и язвенный колит. Последние технологические достижения позволяют ученым впервые подробно изучить микробиом человека. По мере того, как ученые получат лучшее понимание роли микробиома человека в развитии болезней, они смогут находить и создавать более эффективные диагнозы и методы лечения.
Проблема
Чтобы лучше понять роль различных бактерий в микробиоме человека, ученым необходимо изучить белки, вырабатываемые этими бактериями, которые закодированы в их геномах. Первым шагом является определение физических структур (форм) белковых молекул, кодируемых генами каждой бактерии. Это важно, потому что физическая структура белка определяет его функцию.
После определения функций белков ученые могут изучить, как бактериальные белки взаимодействуют друг с другом, и определить, какие белки играют роль в любом количестве заболеваний. На основе этих выводов ученые смогут разрабатывать лекарства для контроля этих конкретных белков и помощи в лечении болезней, которые возникают в микробиоме человека или находятся под его влиянием.
Масштабы этого исследования огромны: микробиом состоит из около 3 миллионов уникальных бактериальных генов. Для сравнения: в человеческом теле около 20 000 генов. Изучение белков, соответствующих каждому из этих генов, было бы грандиозной задачей, которая практически невозможна в лабораторных условиях. Поэтому большая часть этих белков не исследована. Хотя использование традиционных лабораторных методов невозможно из-за масштабов проблемы, вычислительные методы также могут использоваться для прогнозирования белковых структур. Однако выполнение этого в масштабе требует значительно большей вычислительной мощности, чем обычно доступно ученым. World Community Grid удовлетворяет эту потребность, используя вычислительную мощность, предоставленную добровольцами со всего мира.
Предложенное решение
Проект Microbiome Immunity Project использует возможности World Community Grid для ускорения этого начального этапа прогнозирования белковых структур микробиома человека. В частности, добровольцы World Community Grid используют неиспользованную вычислительную мощность своих компьютеров для проведения миллионов виртуальных экспериментов, каждый из которых предсказывает структуру белка. Полученные данные будут проанализированы исследователями, чтобы найти наиболее вероятную структуру для каждого из исследуемых белков. Исследовательская группа сделает свои данные общедоступными для других ученых, что ускорит продвижение научных знаний в этой важной новой области исследований.
Первоначально проект сосредоточен на генах, обнаруженных в микробиоме кишечника человека, и на заболеваниях, которые, как уже было доказано, связаны с кишечными бактериями, включая диабет 1 типа, болезнь Крона и язвенный колит. Помощь волонтеров World Community Grid и огромное количество агрегированных вычислительных мощностей, которые они привносят в проект Microbiome Immunity Project, значительно продвинут эту захватывающую область исследований.
Как я понял этот проект скоро закроют:
https://www.worldcommunitygrid.org/about_us/viewNewsArticle.do?articleId=708
Июньское обновление: проект по обеспечению иммунитета к микробиомам
8 июн 2021
Резюме
Четыре года волонтерских вычислительных мощностей помогли спрогнозировать более 330 000 белковых структур. Теперь время проекта World Community Grid подходит к концу. Но анализ и публикация данных только начинаются.
Задний план
Триллионы бактерий живут внутри и на наших телах. Проект Microbiome Immunity Project использует вычислительную мощность World Community Grid для изучения белков, производимых этими бактериями, которые закодированы в их геномах. Это может помочь ученым понять роль микробиома в развитии болезни.
Опубликована первая статья (и другие в стадии разработки) Исследовательская группа недавно опубликовала в Nature Communications статью о методах, разработанных в результате этого проекта.
Еще две работы находятся в стадии разработки, и исследователи будут держать нас в курсе их статуса по мере продвижения работы.
Будущее проекта
Добровольные вычислительные мощности помогли исследовательской группе предсказать структуры более 330 000 белков с момента запуска проекта в 2017 году. Благодаря последним достижениям в области технологий, теперь есть способы анализировать этот конкретный тип данных быстрее, чем это было возможно четыре года назад.
Таким образом, время проекта в World Community Grid истечет, как только будут завершены текущие рабочие единицы. Спасибо всем, кто внес свой вклад в этот проект с момента его создания.
Исследователи готовят для нас обновленную информацию и будут держать нас в курсе будущих статей и открытий, которые могут быть получены на основе этих данных.
Вы можете прочитать сообщение непосредственно от исследователей на форуме Microbiome Immunity Project.
Текущее состояние рабочих единиц
Доступно для скачивания:
1310 партий
В процессе: 3846 партий (8 420 064 единицы работы)
Выполнено: 331 125 партий (1368 партий за последние 30 дней, в среднем 46 партий в день)
Предполагаемое отставание: 28 дней
Заключительное резюме проекта «Иммунитет к микробиому»
https://www.worldcommunitygrid.org/about_us/article.s?articleId=752
Уважаемые волонтеры Всемирного Сообщества,
Мы закончили расчет WCG для проекта «Иммунитет к микробиому» несколько месяцев назад, но исследование все еще продолжается. Богатство данных, которые вы помогли нам приобрести, является настоящей сокровищницей для биологических открытий! С более чем 200 000 высококачественных уникальных белковых структур мы получили беспрецедентный взгляд на микробную белковую вселенную.
Что мы обнаружили до сих пор? Вот некоторые из основных моментов, которыми мы уже можем поделиться с вами:
• Мы обнаружили более 150 различных новых белковых складок в этом наборе данных. Складки имеют уникальную белковую геометрию. Идентифицировать новые из них трудно, так как многие белки, даже поступающие от совершенно разных организмов, имеют много одинаковых складок.
• Мы обнаружили новые отношения структура-функция. Благодаря своим 3D-структурам белки являются конечными инструментами клеток. Их форма позволяет белкам выполнять биологические функции, такие как транспорт ионов, связывание других молекул или их разрушение. Из-за большого количества новых, уникальных белковых структур, которые мы вычислили на WCG, исследователи впервые смогли всесторонне изучить и понять взаимосвязь между структурой и функцией.
• Используя данные MIP и инструменты глубокого обучения, мы можем аннотировать функции белка в микробиоме. Микробиом важен для здоровья, но как микробиом влияет на наше здоровье конкретно, остается загадкой. Благодаря вашей работе мы теперь можем аннотировать в два раза больше белков кишечного микробиома человека, так что теперь мы ближе, чем когда-либо, к пониманию механизмов, с помощью которых наш кишечный микробиом влияет на наше здоровье и способствует, например, диабету 1 типа.
Следите за новостями, поскольку мы приближаемся к завершению работы над двумя исследовательскими работами, описывающими эти результаты более подробно.
Всего доброго,
исследовательская группа MIP