再比如细菌身上的“尾巴”,也是一种“机器”,通过内部提供能量,形成旋转运动,驱动细菌移动。
这还只是一部分简单的蛋白质作用的例子,试想一下,一个如此复杂的“机器”,如果零部件的位置装配错误,会造成什么样的后果?
为了防止类似的事情发生,细胞内存在一种酶,能够对“蛋白质折叠”过程起到监督作用,让其按照正确的方式折叠;此外细胞还有第二层措施,如果发生错误折叠,这些错误的蛋白质将会被丢入细胞质进行分解,以防止有问题的蛋白质“捣乱”。
然而人体能够利用20种氨基酸能合成30000多种蛋白质,且每一分每一秒都在发生,比如正在看这篇文章的你,身体内就有无数的机器在运作。举个例子,全球的机器数量加在一起,都不如你的手指尖中机器数量多。所以在诸多因素影响下,蛋白质错误折叠还是会发生,从而引发一系列疾病。
比如,蛋白质错误折叠导致的非溶水性蛋白质,最终形成纤维聚集体,即淀粉样沉淀物,最终导致淀粉样变类型疾病。(肾脏疾病、心脏疾病、皮肤疾病等)
再比如,某些蛋白质错误折叠后,变为毒性蛋白,并且具有传染性,比较出名的是朊病毒。这类病毒即便没有DNA、RNA遗传物质,仍具有传染性,可最终引起多种疾病,例如疯牛病、克雅氏病。
如果错误折叠的蛋白质发生在神经系统中,则会导致神经性疾病,该类疾病可以是无家族史、或遗传的,随着年龄增加患病率增加(即错误折叠发生概率增加),例如阿兹海默症、帕金森症。
另外被人熟知的癌症,也是由于蛋白质发生错误折叠所引起的,比如生成的错误的酶物质引起细胞环境变化,导致DNA发生突变等情况,致使细胞无限自我繁殖。
尽管科学家发现了蛋白质折叠与DNA中记录的氨基酸“排列顺序”相关(诺奖获得者Christian B. Anfinsen),以及与各个氨基酸之间的相互作用相关(Levinthal),但蛋白质如何在如此拥挤的“环境”中,以微妙级别快速依靠自身完成对应的折叠,仍然存在很多谜团。
(蛋白质折叠时在实际细胞中所处的环境,图中运动速度是现实生物细胞中的1/100万)
蛋白质发生折叠的各种可能性,高达10的300次方,所以F@h项目就是通过庞大的算力,模拟和预估的蛋白质折叠情况,为攻克各种医学问题提供帮助。
回过头来,医学上对付病毒的方式,无外乎两种,特效药和疫苗。病毒的结构非常简单,由蛋白质外壳和遗传物质(DNA或RNA)组成。疫苗的作用即是让身体免疫系统认识病毒“面貌”,以产生对应的抗体,对其进行消灭;特效药则是通过“攻击”病毒宿主或者本体,令其无法繁殖和传播。无论哪种方式,都离不开“认识”病毒,而识别的方式即是病毒的蛋白质外壳。
上文中提到过蛋白质就像一座机器一样运作,而不同于宏观世界中的机器,蛋白质“工作”的基础原理是通过“吸收”一个分子,然后“释放”一个分子。特效药即是通过这种方式结合病毒蛋白质,令蛋白质让应该持有的“坏蛋”扔掉,以达到消灭病毒的效果。
(蛋白质工作基本原理)
这就是为什么F@h可以为攻克新冠病毒提供帮助,利用其蛋白质折叠模拟系统,模拟计算病毒蛋白质外壳具体折叠结构,为制造疫苗和特效药提供最直接的帮助。
如何加入F@h
F@h发展过程中,Intel、Google、NVIDIA、AMD(前ATI)、索尼、苹果、戴尔等厂商形成了一个支持Folding@home项目发展的同盟,一直致力于改进软件以及第三方工具做出更好的接口,同时为项目提供了制度、资金、服务器设备支持。
其中索尼还将运算平台扩展至了PS3和Xperia手机,虽然后来PS3客户端和安卓客户端相继下架,但未来可能再度加入运算阵营。
所以目前想要加入F@h,首先你需要一台电脑,基本上十年前的电脑也能参与,如果有独立显卡当然是最理想的。
Cpu:
英特尔:奔腾4以上
AMD:与奔腾4同时代以后都行
显卡:
A卡5XXX系列以上(十年前的显卡)
N卡8XXX系列以上(Fermi架构及之后)
操作系统:Windows XP以上,MacOS、Linux(包括Debian、Ubuntu、Redhat等版本)
(选择Custome install)
(数据存储位置尽量放非系统盘,因为会反复擦写一些数据,并且在执行模拟时会占用一大块空间)
(图中标红的打开屏幕保护设置不要选,容易导致不稳定)
安装完毕后,会弹出一个Web Controller的网页,无视关闭掉即可,MacOS系统直接打开FAHcontrol软件,Windows系统在右下角找到图标,右键点击后选择Advanced Control。