Dalším z přírůstků do rodiny WCG je projekt Help Conquer Cancer, který byl spuštěn 6. listopadu 2007. Cílem tohoto projektu je vylepšit výsledky rentgenové krystalografie proteinů. Projekt nezkoumá jen neznámé části lidského proteomu, ale je zaměřen na zlepšení porozumění rakoviny, jejího rozrůstání a šíření do dalších částí těla a tyto poznatky by měly zlepšit postupy léčení. Projekt by měl také odhalit, které bílkoviny jsou proti rakovině odolné, či které s ní mutují. Díky výsledkům tohoto projektu bychom mohli mít možnost zjistit toto onemocnění mnohem dříve a také s ním úspěšněji bojovat.

Jednou z metod určení struktury proteinů je rentgenová krystalografie. Tato metoda se skládá prakticky ze dvou hlavních částí. Nejprve je potřeba daný protein zkrystalizovat. Ačkoli se jedná o složitější proces, můžeme si ho pro zjednodušení představit jako krystalizaci cukru z vody. Jakmile se voda odpaří, objeví se drobounké krystaly cukru. Poté následuje samotné rentgenování krystalů. Podle toho, jak se rentgenové paprsky ohýbají, matematický model poté určí proteinovou strukturu. Krystalizování proteinů ovšem není jednoduchá procedura. Existují tisíce faktorů, které ovlivňují proces krystalizace, jako třeba koncentrace roztoku proteinu, teplota, pH či chemické přísady. Vědci musí nalézt správnou kombinaci těchto faktorů, aby se jim podařilo daný protein zkrystalizovat. Pokud např. u již zmíněného cukru zaměníme vodu za jinou kapalinu a změníme teplotu, cukrové krystalky se nevytvoří. Obdobně to funguje u proteinů, a proto je odhadnutí správných podmínek krystalizace velkou výzvou. Výsledný proteinový krystal také musí být dobře tvarován a dostatečně velký, aby rentgenové paprsky mohly ve velkém rozlišení určit jeho strukturu. Pokud podmínky pro krystalizaci proteinu nejsou ideální, můžeme jako výsledek dostat mikrokrystalky, které jsou příliš malé pro určení struktury, sraženou usazeninu nebo k procesu krystalizace vůbec nedojde. Samozřejmě proteiny důležité pro výzkum rakoviny jsou velmi neochotné krystalizovat. Mnoho proteinů spojených s rakovinou tvoří dlouhé řetězce nebo vyžadují spojení s dalšími proteiny a nemohou tak být zkrystalizovány samy o sobě.

K otestování milionů možných kombinací různých podmínek krystalizace se využívají robotické automaty, které dokážou podmínky měnit mnohem rychleji a přesněji než lidský pracovník. Výsledky těchto pokusů jsou následně fotografovány. Vědci v Hauptman-Woodwardově Výzkumném Zdravotnickém Institutu v Buffalu provedli více než 86 milionů krystalografických experimentů s více než 9400 proteiny. Výsledkem jejich práce je nyní 86 milionů fotografií proteinů, které prošly rentgenovou krystalografií. Každý z těchto snímků je potřeba analyzovat k určení, zda se vytvořil dostatečně velký krystal, usazenina, mikrokrystal či zda vůbec k nějaké změně došlo. Dalším problémem byla velikost tohoto balíku dat, která činila 25 TB, což představuje více než 5000 DVD nosičů. Zde pomohla společnost IBM, která celý projekt WCG zaštiťuje a prostřednictvím svého superpočítače Blue Gene, na kterém běžel speciální komprimační algoritmus, se jí podařilo zredukovat velikost jednotlivých obrázků na přijatelnou mez bez ztráty detailního obsahu. Další výzvou, na kterou ovšem nestačí ani Blue Gene, je úplná analýza jednotlivých obrázků za účelem zjištění výsledku krystalizace. Tento proces na průměrném osobním počítači probíhá přibližně 10 hodin pro 1 snímek a vědcům by trvalo 100.000 let zanalyzovat všechny snímky.


WCG klient projektu Help Conquer Cancor
Zdroj: http://gallery.czechnationalteam.cz/

Pomocí výpočetní síly WCG bude všech 86 milionů snímků podrobeno analýze pomocí programu CrystalVision, který vyvinul Institut Rakoviny v Ontariu. Pokud bude nalezen dostatečně veliký krystal, krystalografové mohou u původního proteinu pomocí optimalizačních procesů určit ideální podmínky pro krystalizaci a zároveň na krystalu provést experiment s rentgenovými paprsky k odhalení jeho struktury. Vědci dále mohou porovnat proteiny, které úspěšně zkrystalizovaly, s proteiny neznámé struktury, které ovšem mají podobné charakteristiky odvozené z krystalizačních snímků. Toto může být základem určení struktury těchto zatím neznámých proteinů. I když nevznikne dobře tvarovaný či dostatečně velký krystal, vědci stále mohou použít informace ze snímku k lepšímu určení ideálních podmínek pro krystalizaci.

Analýza výsledků tohoto experimentu také povede k lepšímu porozumění základním principů krystalografie. Poprvé také bude provedena komplexní analýza krystalografických snímků v takovém měřítku, což bylo v minulosti nemyslitelné z důvodu obrovských výpočetních nároků. Dále dojde k vylepšení programu CrystalVision, který bude posléze poskytovat rychlejší a přesnější klasifikaci snímků. Existuje více způsobů, jak porozumět struktuře a funkci proteinů, včetně metody použité v projektu Human Proteome Folding. Když uvážíme nepostradatelnou povahu této práce, je životně důležité otestovat a vylepšit všechny výzkumné postupy k úplného pochopení lidského organismu a jeho chorob.

Vylepšení rentgenové krystalografie umožní vědcům mnohem rychleji určit strukturu mnoha proteinů spojených s rakovinou. Výsledky povedou k lepšímu pochopení funkce těchto proteinů a rozšíří možnosti léčby této smrtelné choroby.

Zdroje: World Community Grid
Překlad: forest
Korektura: JardaM

Nahoru