北鯤云超算平臺(tái)助力靶向蛋白質(zhì)組技術(shù)研發(fā)

在近代生物醫(yī)藥的發(fā)展進(jìn)程中，針對(duì)蛋白質(zhì)的研究一直沒(méi)有停止過(guò)。近些年，業(yè)界的研究重點(diǎn)主要集中在了靶向蛋白質(zhì)組技術(shù)層面，在北鯤云提供的超算平臺(tái)支撐下，技術(shù)的研究取得了可喜的進(jìn)展。這種技術(shù)產(chǎn)生的背景是，過(guò)去的很長(zhǎng)時(shí)間里，針對(duì)檢測(cè)樣品中含量的分析，都要通過(guò)抗體、轉(zhuǎn)錄水平等間接途徑才能實(shí)現(xiàn)，這些方法存在著很多的弊端，比如靈敏度低、誤差大等。而靶向蛋白質(zhì)組技術(shù)可以很好地解決這些痛點(diǎn)問(wèn)題。

在采用這一技術(shù)的過(guò)程中，也存在著不少的難題。其中的難點(diǎn)就是在已知一個(gè)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)的情形下，怎樣利用一系列的推算算法，來(lái)得出它在折疊的過(guò)程中形成的各種各樣的中間構(gòu)象。這顯然并不是一件簡(jiǎn)單的事情，這是因?yàn)?，由?shù)千個(gè)氨基酸組成的長(zhǎng)鏈自發(fā)地折疊成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所需要的時(shí)間大約為 1 秒鐘。在北鯤云等平臺(tái)出現(xiàn)之前，按照常規(guī)的計(jì)算水平，是難以匹配蛋白質(zhì)形成的時(shí)間尺度的。

有研究機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，在這短短一秒鐘的時(shí)間里，有部分結(jié)構(gòu)會(huì)衍生出具有較高親和力的結(jié)合位點(diǎn)。而正是基于這樣的發(fā)現(xiàn)，為靶向蛋白質(zhì)折疊中間體致藥理性失活（PPI-FIT）技術(shù)提供了很好的藍(lán)本。其大致的原理是，在藥物與這些位點(diǎn)相結(jié)合之后，可以干擾蛋白質(zhì)的正確折疊，進(jìn)而使的其形態(tài)停留在中間體的狀態(tài)。細(xì)胞會(huì)將這些中間體識(shí)別為不正確的折疊，并通過(guò)自噬—溶酶體這種方式促使其進(jìn)行降解，達(dá)到清除致病蛋白的目的。

在蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程中，多肽會(huì)使用大量的時(shí)間處于非通路狀態(tài)，借助于分子動(dòng)力學(xué)的模擬計(jì)算，可以通過(guò)關(guān)注中間體構(gòu)象的變化達(dá)到提高采樣率的目的，如果能夠?qū)@一原理進(jìn)行利用，就意味著分析效率會(huì)得到極大的提升。目前，已經(jīng)有機(jī)構(gòu)基于北鯤云開(kāi)發(fā)出了對(duì)應(yīng)的分析模型，按照這樣的思路，一旦識(shí)別到有潛力的折疊中間體，此類結(jié)構(gòu)就會(huì)訊速地進(jìn)入到虛擬篩選名單中，進(jìn)而成為對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)，并產(chǎn)生有巨大價(jià)值的小分子藥物。

該技術(shù)要順利地進(jìn)行應(yīng)用，需要有強(qiáng)有力的計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行支撐，在云計(jì)算技術(shù)日漸成熟的當(dāng)今，這并不是難題。以北鯤云超算平臺(tái)為例，它可以將科研機(jī)構(gòu)的本地服務(wù)器資源和云上資源進(jìn)行整合，當(dāng)本地服務(wù)器的算力資源緊張時(shí)，北鯤云超算平臺(tái)可以通過(guò)集群調(diào)度系統(tǒng)智能化地溢出到云系統(tǒng)上，進(jìn)行作業(yè)時(shí)不需要排隊(duì)，可以有效地提高計(jì)算的效率。此外，北鯤云超算平臺(tái)還針對(duì)部分機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了專屬的管理系統(tǒng)，可以靈活地管理后臺(tái)的配置、靈活分配資源，使用起來(lái)更加便利。

數(shù)據(jù)顯示，在北鯤云超算平臺(tái)的支撐下，一家高校的生物信息組在進(jìn)行基因組分析時(shí)，一周的時(shí)間里完成了2000個(gè)物種基因組分析，假若采用傳統(tǒng)的算力模式，這樣的效率是不敢想象的。業(yè)內(nèi)人士稱，蛋白質(zhì)突變引發(fā)的功能異常是多種疾病的誘發(fā)原因之一，但很多致病蛋白并不容易被常規(guī)小分子藥物靶向，這為藥物開(kāi)發(fā)帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。不過(guò)，隨著北鯤云超算技術(shù)的大量應(yīng)用，一系列瓶頸問(wèn)題將得到有效解決，這些挑戰(zhàn)也將被逐漸攻克。

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