پروژه Folding@home  با آدرس اینترنتی foldingathome.org فعل و انفعالات 50 هزار اتم از سه پروتئین را شبیه سازی می کند که لبه تهاجمی بیماری جدید کرونا را تشکیل میدهند.

قطعاً شما ابرکامپیوتری در خانه ندارید، اما این بدان معنا نیست که نمی توانید عضوی از سریع ترین ماشین جهان در مبارزه با Covid-19 باشید.

Folding@home در واقع یک پروژه داوطلبانه می باشد که در آن ده ها هزار رایانه شخصی برای شبیه سازی دیجیتال ویروس Covid-19 همکاری می کنند. در این طرح، شبیه سازی به میلیون ها تکه تقسیم می شود و هربار کامپیوتر هر مشارکت کننده، روی بخشی از آن کار می کند.

این پروژه با هدف درک مکانیسم های بیماری در سطح مولکولی و سپس پیدا کردن نقاط ضعف آن فعالیت می کند، نقاط ضعفی که برای پیدا کردن داروها می توانند استفاده شود.

روش مشارکت به این صورت است که مشارکت کننده یکی از نرم افزارهای پروژه را بر اساس سیستم عامل خود (ویندوز، مک و یا لینوکس) نصب می کند، سپس توسط نرم افزار یک کار پردازشی کوچک را از سرورهای سازمانِ پروژه دریافت میکند و محاسبات را روی آن کار انجام می دهد تا در نتایج تحقیقاتی گنجانده شود. وقتی کار تمام شد، دستگاه مشارکت کننده کار بعدی را دریافت می کند.

به مدت دو دهه Folding@home برای مقابله با بیماری هایی مانند آلزایمر و ابولا فعالیت می کرده است، اما همه گیری و پاندمی Covid-19 فعالیت های آن را معطوف به خود کرده است. 

اما کامپیوترهای متقاضیان چطور به یافتن درمان کمک می کنند؟

هر کامپیوتری که تولید می شود دارای مقدار مشخصی توان پردازشی است که در بسیاری از ساعات روز بدون استفاده باقی می ماند. توان های پردازشی مختلف هستند، بعضی ها توان پردازشی ضعیف تر و بعضی دیگر بسیار قوی هستند. حالا در نظر بگیرید که ویرایشگران ویدئو، سازندگان موسیقی، گیمرهای حرفه ای و دیگران که از کامپیوترهای فوق العاده قوی استفاده می کنند، وقتی در حال استراحت هستند و کاری با کامپیوترشان ندارند، کامپیوتر را در اختیار Folding@home قرار دهند تا از توان پردازشی کامپیوتر آنها استفاده کند.

گرچه همانطور که گفتیم، کامپیوترهای کم توان تر نیز می توانند در پروژه شرکت کنند، زیرا قسمت های پردازشی کوچک هستند تا همه کامپیوترها از پس آن برآیند. فقط ممکن است وقتی کامپیوتر یک گیمر به عنوان مثال 5 فعالیت را انجام بدهد، یک کامپیوتر معمولی یک وظیفه را انجام دهد. با اینحال هرگز فراموش نکنید که «قطره قطره جمع گردد، وانگهی دریا شود»!

گرِگ باومن، مدیر Folding@home استادیار بیوشیمی و بیوفیزیک مولکولی در دانشگاه واشنگتن در سنت، گفت: در پاسخ به حمله Covid-19 طی سه هفته گذشته، شبکه Folding@home شاهد رشد بسیار سریع بوده است و بیش از 700 هزار داوطلب جدید به 30 هزار عضو قبلی شبکه پیوستند.

داوطلبان هر یک فیلمی کوتاه در مورد اتم های جنجالی که قسمت هایی از تاج ویروس را تشکیل می دهند، ایجاد می کنند، هر فیلم با یک ترتیب متفاوت از حرکات اتمی شروع می شود. داشتن هزاران مورد از چنین نمونه های کوچکی به محققان کمک می کند تا رفتار کلی ویروس را درک کنند.

کامپیوترهای داوطلبان این پروژه انمیشن هایی مانند این درست کرده اند که نشانگر یکی از سه تاج پروتئینی کرونا ویروس است. این انیمیشن ها برای کمک به محققان در پیدا کردن روزنه هایی است که مولوکول های داروها میتوانند از آنها وارد شوند.

کارایی با قدرت 1.5 اگزافلاپ

این پروژه نمی تواند به سرعت یک ابر رایانه در مورد برخی شبیه سازی های مهم محاسبات انجام دهد. یعنی همان چیزی که سریعترین ابرکامپیوتر امروز Summit را قادر ساخت تا 77 ترکیب دارویی را برای آزمایش های تجربی پس از چند روز کار، آزمایش کند. Folding@home محدود به پروژه هایی است که می توانند به کارهای عمدتا مستقل تقسیم شوند.

باومن می گوید: “با این وجود اسب بخار جمعی Folding@home اکنون دارای قدرت بیش از 1.5 اگزافلاپ یا پنج میلیون محاسبه در ثانیه است. این سه چهارم از سرعت پیش بینی شده یک ابر رایانه 600 میلیون دلاری به نام ال Capitan است که انتظار می رود در سال 2023 سریعترین ابررایانه جهان باشد.”

در حال حاضر هجوم داوطلبان جدید، سرورهای Folding@home را تحت الشعاع قرار داده است. باومن میگوید: “یک مسئله در حال حاضر، جمع آوری تمام داده هایی است که افراد در حال ارسال آنها هستند. این پروژه در هفته گذشته تعداد سرورهای خود را دو برابر کرده است ، و کمک های دیگری از شرکای محاسبات ابری مانند اوراکل در راه هستند.” (اوراکل نیز گفته است که “این کمک به قدرت پردازش گرافیکی Folding@home  در انجام تحقیقات است.”)

Folding@home یکی از چندین پروژه محاسبات توزیع شده است که شناخته شده می باشد، مثلاً یک پروژه دیگر به نام  Rosetta@home وجود دارد که آنهم روی COVID-19 کار می کند. پروژه های دیگری نیز در مسائل اخترفیزیک ، پیش بینی آب و هوا ، فیزیک ذرات و غیره وجود دارند.

حمله به تاج coronavirus

ویروس ها از پروتئین ساخته شده اند ، مولکول های پیچیده ای که از دستورالعمل های رمزگذاری شده ژنتیکی در یک رشته طولانی از اتم ها جمع می شوند. فیزیک اتمی تعیین می کند که چگونه رشته در ساختار سه بعدی پیچیده قرار می گیرد. داروها می توانند با بستن نقاط ضعف ویروس ، از عملکرد ویروس جلوگیری کنند ، مانند روزنه هایی که یک ترکیب دارویی می تواند به آن وصل شود.

هیچ کس نمی تواند قول موفقیت های Folding@home را بدهد و محاسبات توزیع شده دارای شک و تردیدهایی هستند ، اشخاصی چون پریا دارشان واشیشتا ، استاد دانشگاه کالیفرنیای جنوبی و متخصص شبیه سازی های سطح اتمی معتقد هستند این روش راهی مؤثر برای شبیه سازی واقعیت پیچیده بیوشیمی نیست.

شبیه سازی ها باید وضعیت های بی شماری از تقابل های الکتریکی اتمی را ردیابی کنند ، گاهی اوقات در طول مسیر نسبتا طولانی شبیه سازی یک پروتئین. محیط پروتئین رفتار خود را تغییر می دهد و این کار شبیه سازی را سخت می کند.

با اینحال و با وجود موافقت ها و مخالفت ها در خصوص این روش، نتایج تحقیقات می تواند راهگشا باشد و در مطالعات درمانی به عنوان منبع استفاده شود و راه دستیابی به درمان را کوتاه تر کند.

منبع CNET

ترجمه: حمیدرضا عباسی