FightAIDS@home

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World Community Grid 的子项目
开发者 Scripps 研究学会
版本历史 2005年11月19日起加入 World Community Grid 子项目
计算程序 WindowsLinuxMac OS X
项目类别 生命科学
项目状态 运行中/开放注册
官方网址 FightAIDS@home

FightAIDS@home 是生物医药方面的分布式计算项目中最早启动的。它由 Scripps 研究学会主持,由 Olson 实验室管理,并且使用您的计算机进行基础研究,以增进科学家对艾滋病的理解。您的 CPU 可以帮助科学家研究变异了的艾滋病毒以便从数以百计的化合物中找到可以对抗它的药物。而在以前要做到这些必须使用昂贵的超级计算机。FightAIDS@home 借由您的计算机连接到全球的“网格”,加速对艾滋病的研究。


目录

参加方法

该项目已自 2005年11月19日起加入 BOINC 分布式计算平台,其原有客户端已停止运作。新用户可直接参加 World Community Grid 的 FightAIDS@home 子项目。


研究成果

  1. 已经发表了7个研究报告, Volume 1, Volume 2, Volume 3, Volume 4, Volume 5, Volume 6, Volume 7
  2. 您可以在 Journal of Chemical Information and Modelling 阅读项目至今所获得的一些结果。


项目概述

项目状态和成果

FightAIDS@Home Web 站点的页面中提供了有关该项目的信息,另外,项目科学家也在该站点中提供了信息。要获取最新的状态报告,请参阅 FightAIDS@Home 状态报告 (PDF)。如果对该项目有意见或疑问,请在 FightAIDS@Home 论坛上发布贴子。


什么是爱滋病?

Hiv pr docking.gif

联合国爱滋病计划署 (UNAIDS) 估计,在 2004 年,全球有四千多万人感染了 HIV,即人体免疫缺陷病毒。这种病毒已经严重地威胁着全人类的生命。在可以预见的将来,对于这种病毒还没有任何有效的治疗手段,只能用各种药物延长患者的生命。

位于斯克里普斯研究所 (TSRI) 的 Arthur J. Olson 教授的实验室正在研究计算方法,以根据分子结构研制抗 HIV 的药物。科学界已经反复证明,分子 - 由许多原子构成的物质 - 的功能与其三维形状相关。Olson 的研究目标是 HIV 蛋白酶,这是一种关键的分子机器 (molecular machine),如果它被抑制,就能够使病毒停止生长。这些抑制物质称为“蛋白酶抑制剂”,它们可以避免爱滋病的发作,从而延长生命。Olson 实验室正在使用计算方法来确定具有正确的分子外形和化学特征的新候选药物,以用于抑制 HIV 蛋白酶。这个常规方法被称为“基于结构的药物设计”,根据 National Institutes of Health 的 National Institute of General Medical Sciences 的调查,这种方法已经对爱滋病人产生了神奇的效果。

更具挑战性的是,HIV 的复制并不精确,它会连续不断地产生新的变异,其中一些可能已对当前的药物产生抗体。因此,科学家们必须继续研究疗效更好的新药物,以对抗这些不断变化的变异,这是一项意义非凡的工作。

科学家们可以根据实验分别确定蛋白质和药物分子的外形,但常常不能将两者有机地结合起来。如果科学家们研究出药物分子如何“击中”目标蛋白质的“要害”,化学家们就会明白该如何研制比现有药物更有效的药物。

为应对这些挑战,World Community Grid 的 FightAIDS@Home 项目运行一种名为 AutoDock 的软件程序,这种程序是由 Olson 教授的实验室开发的。AutoDock 是一套工具,它可以预测小分子(如候选的药物)如何粘连或“附着”到已知 3D 结构的受体。AutoDock 的第一个版本由 Olson 实验室的 David S. Goodsell 博士于 1990 年编写;而由 Garrett M. Morris 博士开发的较新版本也已发布,在该版本中为 AutoDock 增加了新的科学见解和策略,使得该程序计算能力更强,计算速度更快,而且使其他科学家更易于使用。从该项目伊始,World Community Grid 就一直在运行 AutoDock V4 的预发布版本。2007 年 8 月,World Community Grid 开始运行公开发布的新的 AutoDock V4,这个版本能够更快、更准确地处理灵活的目标分子,因此还可以用于蛋白质分子之间的对接分析。AutoDock 在 World Community Grid 的 FightAIDS@Home 项目中将大量不同的小分子对接到 HIV 蛋白酶,从而可以通过计算方法找到最合适的分子,然后在实验室中进行挑选和测试,以更有效地对抗 HIV 病毒。斯克里普斯研究所、World Community Grid 以及数量不断增加的志愿者队伍共同努力,能够以前所未有的速度找到更好的治疗方法。


项目详细信息

FightAIDS@Home:通俗的解释

爱滋病的全名是“获得性免疫缺陷综合症”(Acquired Immune Deficiency Syndrome)。它由“人体免疫缺陷病毒”(HIV) 引起。当人体感染了 HIV 病毒后,会通过产生称为“抗体”的特殊分子来对抗 HIV。

携带 HIV 病毒或 HIV 检测呈阳性与染上爱滋病不是一个概念。很多人携带 HIV,但仍可能很多年不生病。然而,由于人体无法产生可以根除 HIV 的抗体,因此随着 HIV 在体内的滋生,它会慢慢侵蚀免疫系统,感染免疫系统的关键细胞并削弱其功能甚至破坏它们。最后,这种 HIV 感染对免疫系统的不断侵蚀会产生质变,导致“免疫缺陷”。免疫系统“缺陷”是指免疫系统无法继续完成抵抗感染和癌细胞的任务。罹患细胞免疫缺陷的人非常容易受到现在已很少见的病毒(如肺结核)的感染,而且这些病毒会迅速扩散而且产生抗药性。

HIV 很难防治,因为它在复制时并不精确,所以会不断产生变异。世界各地的科学家们,包括斯克里普斯研究所的专家,都在深入研究 HIV,以期找到防止爱滋病发作的良方。FightAIDS@Home 项目正在搜索可以破坏 HIV 生命周期关键步骤(特别是抑制 HIV-1 蛋白酶)的药物。


抑制 HIV 蛋白酶

蛋白质是所有生命功能的基本组成部分(您可以在“人类蛋白质组折叠”项目了解更多有关这方面的描述)。蛋白质是由称为氨基酸的小分子组成的长链。酶是可以加速生物化学反应的特殊蛋白质。蛋白酶是可以在氨基酸链的某个点将蛋白质切断的酶。例如,当您食用包含蛋白质的食物时,胃中的蛋白酶就会将蛋白质分子“切割”成较小的氨基酸分子。然后,您的身体可以利用这些氨基酸构建自身所需的蛋白质。生物体内的蛋白质中只有很小一部分是蛋白酶,但它们对于维护正常的生命过程起着非常重要的作用。

但并不是所有的蛋白酶都是有益的。HIV 会产生并使用一种特殊的蛋白酶,叫做“HIV-1 蛋白酶”,来制造该病毒的各种蛋白质。

这就是配合体(ligand) 的用武之地。配合体是来自细胞外部的小分子,可以附着或“粘连”在蛋白质的凹槽中。这些凹槽有时称为“受体”。您可以将配合体附着在受体上想象成钥匙插入锁中。FightAIDS@Home 项目用于搜索配合体(药物),这些配合体将附着在 HIV-1 蛋白酶的受体上,从而抑制其发挥酶的功能。这样就可以防止病毒在体内进一步扩散而发展成为爱滋病。抑制 HIV 蛋白酶的分子叫做“蛋白酶抑制剂”。

您的计算机使用称为 AutoDock 的计算机程序,通过模拟许多配合体与 HIV-1 蛋白酶的粘连过程(附着),为该项目提供帮助。科学家们会更为详细地研究最有希望的配合体,以研制出更好的蛋白酶抑制剂药物来控制 HIV 并最终攻克爱滋病。

要了解有关运行 FightAIDS@Home 项目的代理程序的更多信息,请单击此处


研究参与者

Olson 实验室的 FightAIDS@Home 项目是由 National Institute of Health 资助、TSRI 的 Olson 博士领导的大项目中的计算部分。参与 FightAids@Home 项目的研究人员包括:

Arthur J. Olson 博士,TSRI 分子生物系教授
David S. Goodsell 博士,TSRI 分子生物学系副教授
Rik Belew 博士,UCSD 教授兼认知科学学会主席
Garrett M. Morris 博士,英国剑桥 InhibOx, Ltd. 的研究部经理
Alex L. Perryman 博士,TSRI 分子生物学系 Olson 教授实验室的助理研究员
Stefano Forli 博士,TSRI 分子生物学系 Olson 教授实验室的助理研究员
Sargis Dallakyan 博士,TSRI 分子生物学系 Olson 教授实验室的 III 号研究程序员


项目中的其他实验室利用计算生成的信息选择、合成、辨别和测试对抗 HIV 的新抑制剂分子。这些合作实验室包括:


Elder 实验室 - Virology and Molecular Biology。Elder 实验室生成了多种 HIV 蛋白酶变异体,并在实验容器(如试管)内研制和测试候选的抑制剂。


Stout 实验室 - Xray Crystallography。Stout 实验室用实验方法确定 HIV 蛋白酶突变的详细原子结构,并确定这些结构与抑制剂的复合体。


Torbett 实验室 - Torbet 实验室致力于研究基于细胞的系统,以生成 HIV 蛋白质,并在活体细胞中测试潜在抑制剂对病毒的杀灭效果。


Finn 实验室 - 合成化学。M.G. Finn 的实验室研究病毒微粒的化学和自我组装过程、催化机制,以及“点击化学”(click chemistry) 的运用,以设计与合成新的配合基库,然后测试其是否可用于抗 HIV 活动。


Fokin 实验室 - 合成化学。副教授 Valery Fokin 曾在 Sharpless 实验室(Barry Sharpless 教授荣获 2001 年诺贝尔化学奖)受训。Fokin 实验室一直致力于设计和应用一些策略,用于合成化合物库以测试其是否可作为潜在的 HIV 蛋白酶抑制剂。他们还就化合物的可能修改的合成可访问性提供指导,这些化合物是我们通过 在 FightAIDS@Home 项目中执行虚拟筛选所的化合物。


David J. Looney 医学博士 - UCSD 医学院的副教授,VA 圣迭戈医疗系统 (VA San Diego Healthcare System) 特殊传染性疾病诊所 (Special Infectious Diseases Clinic) 首席传染控制主管和医学主管。Looney 医学博士是圣迭戈 VA 医院爱滋病防护活动的医学主管,他提供了有关特殊类型的抗药突变体“超级病菌”的信息,这些突变体是从 HIV 携带者/爱滋病患者收集的样本中检测到的。


原先 FightAIDS@Home 团队的成员包括:
William "Lindy" Lindstrom,现在是美国加州圣芭芭拉市 Acelot Inc. 的科学家和首席研究员。

Alexandre Gillet,现在是美国加州圣芭芭拉市 Illumina, Inc. 的软件工程师 2。

Max Chang 博士,现在是 TSRI 的 Bruce Torbett 教授实验室的助理研究员。


下图介绍了 TSRI HIV 项目中的交互情况。

Program-project-diagram-sm.jpg

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外部链接