Биомедицинские исследования, биоинформатика, СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ

XXI век – век
молекулярной биологии
- расшифровка и аннотация полных геномов
(человек, обезьяны, мышь, рис, бактерии…);
- определение и классификация пространственных
структур белков;
- уточнение механизмов синтеза белков в клетке;
- расшифровка индивидуальных геномов;
- функционирование клетки (клеточный транспорт,
умирание клеток (апоптоз) и др.)
ПРИЛОЖЕНИЯ
- медицина;
- фармакология;
- пищевая промышленность
- …

Осилтамавир: лекарство против гриппа, в том числе - птичьего гриппа
Осилтамавир
Комплекс белка вируса гриппа (Neuroaminidaza) и
молекулы лекарства.
Лекарство блокирует работу вируса

Идея: определение бактериальных белков, блокирующих защитный ответ клетки
Цель: поиск белков-мишеней для лекарств против хронических бактериальных внутриклеточных инфекций (хламидии и др.)
Разработка лекарств в
НИИ эпидемиологии и микробиологии им.Н.Ф.Гамалеи

СУПЕРКОМПЬЮТЕР + БИОМЕДИЦИНА = ДА!
ЗАДАЧИ для СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ:
сложные расчеты;
возможность для распараллеливания:
задачу можно разбить на много относительно независимых подзадач
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ:
Сравнительный анализ геномов (1 геном ~ 1 миллиард«букв» )
Сравнительный анализ пространственных структур белков и их комплексов
ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ (МЕДИЦИНА):
Разработка новых лекарств (проверка миллионов кандидатов)
«Индивидуальная» терапия

Какие СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ?
МГУ: 1 Тфлопс
Ин-т эпидемиологии им. Гамалеи: 1.5 Тфлопс (2008)
IBM Research Center (“Blue Gene”):
300 Тфлопс (до 1000 Тфлопс в будущем)
В основном – для биологии

ПРИМЕР: Разработка лекарств
Болезнь
Выделить белок, ответственный за болезнь (МИШЕНЬ)
Найти вещество (ЛИГАНД),
связывающее белок-мишень
Доклинические
испытания
Клинические испытания
Готовое лекарство

ПРИМЕР: Разработка лекарств
Болезнь
Выделить белок, ответственный за болезнь (МИШЕНЬ)
Найти вещество (ЛИГАНД),
связывающее белок-мишень
Доклинические
испытания
Клинические испытания
Готовое лекарство

Поиск лигандов: СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ
Проверка десятков мишеней
Для каждой мишени – миллионы лигандов-кандидатов
Проверка одного лиганда для одной мишени – трудная вычислительная задача
Отдельные лиганды можно проверять независимо друг от друга

Поиск лигандов: ПРОБЛЕМЫ
Анализ лиганда: не можем точно определить качество связывания лиганда и мишени
Выбор мишени: ошибка в выборе делает работу бессмысленной
Не поиск лучшего, а сужение набора кандидатов
Улучшение алгоритмов
Нужны биологи!

Немного истории
1972 г.
Постановление Президиума АН СССР (Президент АН СССР акад. М.В.Келдыш) о создании в Научном центре биологических исследований АН СССР (Пущино) Научно-исследовательского вычислительного центра АН СССР (директор проф. А.М.Молчанов, зам.директора проф. Э.Э.Шноль).