Folding@Home những câu hỏi thường gặp đối với một số loại bệnh tật đã được nghiên cứu.

Giới Thiệu :

Dự án Folding@Home ("FAH") nhằm nghiên cứu sự xoắn lại của protein, các loại bệnh tật xuất phát từ sự liên kết sai lệch và xoắn lại không chính xác của protein và các phương pháp mới trong việc sử dụng máy tính để chế tạo các loại dược phẩm mới. Trong bài giới thiệu này, chúng tôi sẽ mô tả vắn tắt mục tiêu của chúng tôi, những vấn đề chúng tôi đang làm và 1 số điểm nổi bật nhất cho đến ngày hôm nay. Chúng tôi nhận thấy rằng 1 dự án sử dụng máy tính không chỉ là việc xử lý các phép tính toán trên hàng triệu máy tính cá nhân mà các đề án này cần tạo ra kết quả cụ thể, nhất là sự phổ biến trong các tầng lớp người ở nhiều cộng đồng, các bài diễn thuyết nơi công cộng và 1 số cách khác để phổ biến kết quả của "FAH" đến cộng đồng rộng lớn hơn của các nhà khoa học. Sau đây, chúng tôi sẽ đi vào chi tiết quá trình nghiên cứu của chúng tôi trong lĩnh vực này.

Protein xoắn lại là gì và nó liên quan như thế nào đến bệng tật?

Protein là tập hợp dây chuyền của các amino acid - 1 chuỗi dài của các phân tử. Protein là các yếu tố cơ bản của việc làm thế nào sinh vật hoàn tất các quá trình sinh hóa của mình. Giống như các loại men (enzyme), chúng là chất xúc tác đằng sau tất cả các phản ứng sinh hóa, các phản ứng làm cho sinh vật có thể sinh trưởng và phát triển. Về mặt thành phần cấu trúc, protein là phần tử chính cấu tạo nên xương, cơ, tóc, da và các mạch máu của chúng ta. Đối với các loại kháng thể, chúng nhận dạng các yếu tố xâm nhập vào cơ thể và cho phép hệ miễn dịch đào thải các thành phần xâm nhập không cần thiết. Vì những lý do này, các nhà khoa học đã sắp xếp theo trình tự sơ đồ gene của con người - giống như 1 bản sơ đồ chi tiết cho tất cả các loại protein trong sinh học - nhưng làm thế nào chúng ta có thể hiểu các protein này làm gì và chúng hoạt động như thế nào? Chỉ biết rằng tiến trình này cho chúng ta biết rất ít về chức năng 1 protein đảm nhận và protein đó thực hiện như thế nào. Để thực hiện các chức năng của mình (ví dụ như các loại men hoặc kháng thể), protein phải đảm nhận ở 1 hình thái đặc biệt được biết đến như 1 sự "xoắn lại". Theo cách này, các protein thật sự là những cỗ máy đáng ngạc nhiên : trước khi chúng thực hiện chức năng của mình, các protein thường tự tập hợp lại với nhau. Quá trình tự tập hợp này được gọi là "sự xoắn lại" (folding).

Điều gì sẽ xảy ra nếu các protein xoắn lại không chính xác?

Các căn bệnh như Alzheimer, Huntington, xơ nang, bò điên (BSE), 1 dạng di căn của bệnh khí thũng và ngay cả nhiều loại bệnh ung thư khác được cho là hậu quả của việc protein xoắn lại không chính xác. 1 khi protein xoắn lại không chính xác, chúng có thể tạo thành 1 vùng tích tụ (khối u). Những khối u này có thể tụ lại trong não, nơi mà người ta cho rằng đã gây nên các triệu chứng của bệnh bò điên và Alzheimer.

CÁC CĂN BỆNH VÀ CÁC VẤN ĐỀ DƯỢC SINH NÀO HIỆN ĐANG ĐƯỢC NGHIÊN CỨU ?

Bệnh Alzheimer (AD):

Phát sinh do sự tụ lại của các nút thắt protein liên quan mật thiết với nhau (42 amino axit) được gọi là Abeta peptit. Những protein này định hình nên các khối u mà ngay cả với số lượng rất nhỏ cũng trở nên cực kỳ nguy hiểm đối với các nơ-ron thần kinh (neuron) và gây ra cái chết cho các tế bào não liên quan đến căn bệnh Alzheimer và hậu quả tai hại của việc mất khả năng tái tạo các tế bào thần kinh. Chúng tôi đã và đang thực hiện các phép tính toán liên quan đến căn bệnh Alzheimer (AD). Mục tiêu chính của chúng tôi là đưa ra sự tiên đoán về cơ chế của việc tích tụ các protein gây bệnh Alzheimer để có thể tiếp cận và sáng chế được 1 loại thuốc hữu hiệu cũng như có 1 tầm nhìn sâu rộng hơn về việc làm thế nào các vùng tích tụ protein xoắn lại không chính xác (khối u) gây bệnh Alzheimer hình thành 1 cách mạnh mẽ như vậy (hy vọng sẽ mở đường cho 1 phương pháp nhằm ngăn chặn việc cấu thành các khối u gây bệnh Alzheimer). Đã có nhiều dự án bao gồm seri 500 và 700. Cho đến nay, tất cả chúng là các Work Unit Tinker hoặc Work Unit Gromacs (không phải là những Work Unit lớn).

BỆNH HUNTINGTON (HD)

Gây ra bởi sự tích tụ của 1 số loại protein khác nhau. 1 số protein tạo ra vòng lập của 1 amino axit đơn (glutamin, thường được viết tắt là “Q”). Những chuỗi lập lại của các amino axit đơn này, nếu nó đủ dài, sẽ tạo nên sự tích tụ các protein xoắn không chính xác (khối u) gây nên bệnh Huntington. Chúng tôi đang nghiên cứu cơ chế của sự tích tụ các chuỗi amino axit đơn này cùng việc dự đoán cách thức chúng hình thành. Tương tự bệnh Alzheimer, những nghiên cứu về bệnh Huntington này nếu thành công thì sẽ rất có ích cho việc tạo ra 1 loại thuốc hữu hiệu cùng việc có 1 tầm nhìn sâu rộng về việc làm thế nào các khối u gây bệnh Huntington hình thành mạnh mẽ như vậy (hy vọng đến việc mở đường cho 1 phương pháp ngăn chặn sự hình thành các vùng tích tụ protein xoắn không chính xác [khối u] gây bệnh Huntington).


BỆNH UNG THƯ VÀ PROTEIN 53 :

Một nửa các loại bệnh ung thư đã được biết tới liên quan đến sự đột biết ở protein 53, cái được gọi là “phần bảo vệ cho tế bào”. Protein 53 là bộ phận tiêu diệt các khối u, cái ra hiệu cho 1 tế bào chết trong trường hợp gene mang thông tin di truyền về nhiễm sắc thể bị hủy hoại. Nếu những tế bào này không chết đi, những gene bị hỏng của nó sẽ dẫn đến sự phát triển kỳ lạ và bất thường đã được tìm thấy ở các khối u ung thư và sự phát triển này sẽ tiếp tục 1 cách không kiểm soát được cho đến khi chết. Khi protein 53 hỏng và xoắn lại không chính xác (hoặc ngay cả khi nó xoắn lại không đủ nhanh), khi đó, gene mang thông tin di truyền về nhiểm sắc thể bị hỏng sẽ tiếp tục phát triển ngoài tầm kiểm soát và lúc đó, chúng ta có thể bị ung thư. Chúng tôi đang nghiên cứu những vùng đặc biệt của protein 53 nhằm dự đoán sự đột biết gene liên quan đến bệnh ung thư và tìm hiểu những căn bệnh ung thư đã được biết đến liên quan đến sự đột biến của các tế bào.

OSTEOGENSIS IMPERFECTA (tạm dịch : hội chứng bệnh xương thủy tinh)

Qua việc hợp tác với các nhóm nghiên cứu khác tại Đại học Stanford (đặc biệt là nhóm tiến sĩ Teri Klein ở Trung tâm Y khoa ĐH Stanford), chúng tôi đang nghiên cứu sự xoắn lại và việc xoắn lại không chính xác của protein Collagen. Collagen là protein phổ biến nhất trong cơ thể và sự đột biến của collagen sẽ dẫn đến 1 căn bệnh hiểm nghèo gọi là xương thủy tinh (Osteogensis Imperfecta - gọi tắt là OI). Trong nhiều trường hợp, hội chứng bệnh xương thủy tinh gây tử vong hoặc dẫn đến sẩy thai. Tuy nhiên, chỉ 1 trong số 10.000 người mới xuất hiện sự đột biến ở protein collagen. Đối với đa số còn lại, ở những người mà sự đột biến này không nghiêm trọng, nó vẫn còn là bí ẩn gây chẩn đoán sai lệch và có thể dẫn đến việc xương dễ gãy và các vấn đề phức tạp khác. Nói cách khác, sự đột biến này dẫn đến sự rối loạn nghiêm trọng về sự phát triển và định hình của các loài sinh vật.

BỆNH PARKINSON (PD)

Chúng tôi cũng tiến hành các nghiên cứu sơ bộ về 1 protein chủ chốt liên quan đến bệnh Parkinson. Alpha-synuclein là 1 protein vốn không xoắn lại được và sự xoắn lại hoặc xoắn lại không chính xác của nó có vẻ liên quan mật thiết đến bệnh Parkinson. Chúng tôi đang đánh giá ứng dụng của các phương pháp FAH khác nhau về căn bệnh này.

RIBOSOME VÀ CÁC LOẠI THUỐC KHÁNG SINH

Ribosome là 1 cỗ máy phân tử đáng kinh ngạc đóng vai trò then chốt trong sinh học, có chức năng tổng hợp các protein. Do vai trò quan trọng này và 1 số điểm khác biệt cơ bản trong ribosome của động vật hữu nhũ và vi khuẩn, ribosome là mục tiêu nhắm đến của một nửa các loại thuốc kháng sinh đã được biết đến. Các loại thuốc kháng sinh này dùng để ngăn chặn các ribosome của vi khuẩn không cho chúng tạo ra các protein mới và rồi sẽ tiêu diệt luôn các vi khuẩn này. Chúng tôi đang có 1 vài dự án nghiên cứu loại ribosome này. Do loại ribosome này rất lớn, những Work Unit này sẽ là những Work Unit lớn đòi hỏi chúng tôi phải đẩy mạnh việc cải tiến các phép toán của FAH. Với những Work Unit lớn này, FAH được thiết lập để nghiên cứu các vấn đề phức tạp hơn và 1 khi thành công, nó sẽ tạo ra những tác động to lớn đến ngành dược sinh.

KHẢ NĂNG CỦA SỰ TIẾN TRIỂN NÀY NHƯ THẾ NÀO?

Để tạo ra những đột phá trong việc sử dụng máy tính, các phương pháp tính toán mới mang tính quyết định. Việc sử dụng máy tính rải rác khắp nơi là 1 biện pháp khác lạ để thực hiện các bài toán lớn. Vì nó đem lại các nguồn tài nguyên máy tính lớn hơn gấp nhiều lần so với 1 siêu máy tính (ví dụ : 200.000 CPU đang chạy trong dự án FAH so với 5.000 siêu máy tính chuẩn), những bộ vi xử lý này được kết nối qua internet, không phải những liên kết tốc độ và độ trễ thấp nối liền với nhau ở các siêu máy tính. Do đó, chúng tôi phải tìm kiếm những phương pháp mới sử dụng khả năng và mô hình của máy tính trong dự án FAH. Thêm vào đó, các phương pháp này cũng cần được kiểm tra và thử nghiệm.

Phần lớn công việc của chúng tôi trong những năm đầu của dự án FAH nhằm để phát triển và thử nghiệm các phương pháp này trên những hệ thống hiện đại : các protein nhỏ được nghên cứu thử nghiệm 1 cách dễ dàng. Với những so sánh thử nghiệm này, chúng tôi có thể kiểm tra và công nhận giá trị của các phương pháp mới cùng việc tìm ra những hạn chế của chúng tôi (mà điều này là vấn đề then chốt trong việc cải tiến phương pháp tính toán của chúng tôi).

Cho đến ngày hôm nay, dự án FAH đã rất thành công với hơn 25 dự án đã được phổ biến trong 5 năm đầu tiên trực tiếp có được từ những tính toán của dự án FAH (và sẽ còn nhiều hơn nữa). chúng tôi sẽ tiếp tục làm việc với tất cả các rào cản : những core tính toán mới, những thuật toán mới, các mẫu protein mới, các câu hỏi mới liên quan đến việc thử nghiệm các phương pháp của chúng tôi, các ứng dụng để nghiên cứu các loại bệnh tật và các vấn đề khác về dược sinh.

Translated by uminhcoc.com


Last Updated on October 01, 2008, at 03:49 PM by SongbinhNguyen (aka sbinh)