未來計算機改變基因技術是治療疾病新方法(2)
2013-07-01 15:07 來源:鄭州北大青鳥
如果試驗的折疊分數很差，那么Rosetta程序會嘗試用不同的方式重新折疊蛋白質，以檢查是否可以獲得一個較好的分數。對每種蛋白質都會數百萬次地執行這種計算�？茖W家們會找出得分最高的蛋白質結構并在接下來的研究步驟中使用。
強大的計算能力“征服癌癥”項目
“征服癌癥”項目的任務是改進蛋白質X射線結晶學的結果，這不僅能夠幫助研究人員解釋人類蛋白質組的未知部分，更重要的是還能夠提高他們對癌癥的產生、發展及治療的理解。
為了提高對癌癥及其治療方法的理解，研究人員不僅需要發現針對轉移性癌癥（即可以擴散到人體其他部位的癌癥）的新型療法，而且必須確定能夠探測出早期癌變的診斷標記物（也叫疾病指標）。
研究人員在有關蛋白質的信息有限或根本沒有此類信息的情況下，也已在多種人類癌癥的研究方面中取得了多項重大發現。然而，為了更好地理解和治療癌癥，科學家們發現與癌癥相關的新蛋白質及其結構和功能就顯得十分重要。
科學家們對可能與癌癥有功能關系的蛋白質特別感興趣。這包括在腫瘤中增生或抑制的蛋白質，以及那些發生改變或變異從而導致結構性變化的蛋白質。
通過改進X射線結晶學，將使研究人員能夠更快地確定多種與癌癥相關的蛋白質的結構。這將提高我們對這些蛋白質功能的理解，并能幫助我們發現可能的藥物介入方法，以便攻克這種致命的疾病。
X射線結晶學(X-raycrystallography)是一種廣受歡迎的蛋白質結構確定方法。通過這種方法，科學家們能夠使用高通量的結晶管道來幫助說明人類 蛋白質組的未知部分，從而又能幫助理解癌癥的產生、發展及治療。*
機器人成功運行所需的數百萬次條件組合
使蛋白質結晶：這就好比把糖放入一杯水中并保持一段時間。當水蒸發之后，微小的糖晶體就會顯現出來。當然，蛋白質結晶的過程要比這復雜得多。
使X射線穿過晶體：科學家們使用一種數學模型，根據蛋白質衍射X射線的方式來確定和觀察它們的結構。
使蛋白質結晶并不是一個簡單的過程。存在數千種可能會影響結晶過程的條件，比如蛋白質的濃度、溶解度、溫度、酸堿度、化學添加劑等，但科學家們必須找到適合某種蛋白質結晶的條件組合。以糖為例，如果將水換成其他液體，改變溫度或濃度，就可能無法得到晶體。與此類似，對于特定的蛋白質而言，難題在于如何確定能夠形成晶體的條件，如溶解度、溫度、酸堿度，等等。
為了運行成功地使蛋白質結晶所需的數百萬次條件組合，科學家使用機器人來完成這項工作。機器人能夠更快更準確的組合各種不同的結晶條件。為了更加促進這一過程，這數百萬次結晶實驗的所有結果都拍攝成了照片。
這些研究人員所遇到的難題之一是這些數據集的規模實在太大，存儲容量總計超過了25TB（相當于9000多張DVD）。IBM的“藍色基因”(BlueGene)超級計算機為這階段的工作提供了幫助，它通過一種特殊的圖像壓縮算法對這些圖像進行無損壓縮。研究人員還面臨另一個挑戰，即在一臺計算機上全面分析一張圖像以確定結晶化結果大約需要10個小時。按照這種進度，研究人員幾乎需要10萬年才能分析完現有的這些照片。
借助強大的計算能力分析原理
借助強大的計算能力，科學家們能夠對通過HWI高通量結晶化管道拍攝的8600萬幅現有的蛋白質圖像進行處理。運行OCI的研究人員開發的CrystalVision程序，分析每幅圖像的特征，以確定結晶化拍攝的結果：晶體、微晶體、相位分離、表面效應、沉淀物還是無變化。
如果是晶體，檢晶儀就對該蛋白質執行最優化過程，以確定該結晶的最優化條件，進而執行衍射實驗以確定蛋白質的結構。此外，科學家還可以根據結晶拍攝的結果，將已成功結晶的蛋白質與具有相似特性但結構未知的蛋白質進行對比。這可以作為對這些未知結構的蛋白質進行結晶的出發點，進而能夠確定它們的結構。
如果產生的晶體結構不佳或不夠大，科學家們仍可利用這些信息來幫助他們更好地確定產生結構良好的晶體所必需的條件。舉例來說，他們可能了解到蛋白質X在條件A下產生了微晶體，而蛋白質A在條件Z下也產生了微晶體�；谶@些信息，他們能夠進行其他實驗來推斷出需要最優化哪些條件才能產生更大、結構更好的晶體。
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