Vai šie iMacs var izārstēt vēzi? [Ekskluzīvi]

Klusajā Kentuki kalnu pakājē ar datiem plīvo milzīgs superdators. Tā meklē jaunas zāles vēža apkarošanai.

Katru nedēļu DataseamGrid apstrādā 300 cilvēku gadu vērtus aprēķinus. Jā, tie ir 300 gadu aprēķini katru nedēļu. Zāļu atklāšana parasti aizņem 10 līdz 15 gadus, bet DataseamGrid šo darbu uzliesmo tikai parastā laika daļā. Tas ir viens no lielākajiem potenciālo jauno vēža zāļu cauruļvadiem valstī. Pētnieki šogad gatavojas sākt izmēģinājumus cilvēkiem ar jaunu superdatora atklātu medikamentu, kas, ja tas būs veiksmīgs, var radīt pilnīgi jaunu vēža zāļu klasi.

DataseamGrid ir lielākais šāda veida tīkls uz planētas - monstru mašīna, kas ir saņēmusi līdz šim nav nevienas nacionālās preses, kas ir ievērojams tik lielam, vērienīgam un veiksmīgam projektam.

Bet lielākais jauninājums var būt tā arhitektūra. Grid apstrādes jaudu nodrošina 14 000 parasto iMacs, kas sēž skolas klasēs visā Kentuki. DataseamGrid ir nabadzīga cilvēka superdators, kas savākts kopā no klases datoriem nabadzīgajās valsts skolās visā Bluegrass štatā.

Bērni trešdaļā Kentuki skolas rajonu katru dienu izmanto Dataseam datorus. Tikai dažiem ir nojausma, ka mašīna, kas palīdz viņiem saprast frakcijas, fonā darbojas arī ar vismodernāko zāļu atklāšanas programmu.

"Tas ir pretintuitīvs, ka šis augstākās klases pētījums tiek veikts vienā no nabadzīgākajām valsts daļām," sacīja Braiens Guptons, Dataseam līdzdibinātājs un izpilddirektors.

DataseamGrid ir daļa no jauna tīkla skaitļošanas projektu viļņa, kas kopš ET medības ir nogājis garu ceļu SETI@Sākums deviņdesmitajos gados satvēra virsrakstus. CERN Šveicē ir 100 000 procesoru režģis, kas sasmalcina 15 petabaitus datu, ko katru gadu iegūst Liels hadronu paātrinātājs. Šis režģis veicināja Higsa bozona “Dieva daļiņa” atklāšanu 2012. Citās Eiropas daļās tādi superdatori kā Eiropas tīkla infrastruktūra un Francijas Gudrības tīkls ir meklējis zāles cīņai pret putnu gripu, malāriju un AIDS vīrusu.

ASV, FightAIDS @Home projekts savieno tūkstošiem datoru, meklējot labākas zāles pret HIV, savukārt Einšteina@mājas projekts meklē pierādījumus par gravitācijas viļņiem. Einstein@Home ir viens no populārākajiem izplatītās skaitļošanas projektiem, kas piesaista vairāk nekā 300 000 brīvprātīgo 221 valstī. 2014. gada februārī tīkls sasniedza aptuveni 1100 TFLOPS skaitļošanas jaudu, ievietojot to pirmajās 30 pasaules valstīs TOP500 superdatori.

Bet DataseamGrid ievērojami atšķiras no iepriekšējiem tīkla skaitļošanas projektiem, piemēram, SETI@Home, a ekrānsaudzētājs, kas izmantoja rezerves CPU ciklus, lai meklētu svešzemju izlūkošanas pazīmes radiosignālos no kosmosā. SETI@Home veica skaitļu saspiešanas uzdevumus ekrānsaudzētājā, ko lejupielādēja tūkstošiem brīvprātīgo, taču mezgli nebija savstarpēji savienoti. Kad aprēķini bija pabeigti, katrs mezgls augšupielādēja rezultātus centralizētos serveros, kas apkopoja rezultātus. Uzdevums tika sadalīts - nevis pats superdators.

DataseamGrid Kentuki ir vairāk kā plaša, virtuāla mašīna, kas katru mezglu izturas kā pret vienu no tā apstrādes vienībām. Tas ir virtuāls superdators, kas koordinē darbu starp mezgliem, un parādās viena liela, virtuāla mašīna.

"Tīkla skaitļošana nekad nav izpelnījusies cieņu," saka Guptons. “Tas tika uzskatīts par jaunumu, jauku veidu, kā izgatavot Mandelbrota komplektus. Mēs to leģitimizējam kā skaitļošanas metodi. ”

Guptons ir izteikti zilā apkakle, ideālists, uzņēmējs. Ogļrača dēls, šķiet, ka viņu vairāk interesē datoru ievietošana klasēs, nevis jaunāko vēža pētījumu izpēte-lai gan viņam izdodas paveikt abus.

2001. gadā Guptons sadarbojās ar Luisvilas universitātes vēža pētnieku doktoru Džonu Trentu un diviem citiem vietējiem uzņēmējiem: Dīnu Hjūzu un Henriju Hantu, kurš tagad ir Dataseam COO. Viņi nolēma par lētu būvēt superdatoru.

Privātie tīkli ir dārgi, tāpat kā superdatori, kas izgatavoti no aparatūras, piemēram, Virginia Tech Bigmaks, kas tika pārtraukta 2012. DataseamGrid ir unikāla publiskā/privātā sektora partnerība, kuras pamatā ir valsts ekonomiskā attīstība fondi, kas izveidoti, lai dažādotu Kentuki ekonomisko profilu un kompensētu štata ogļu samazināšanos nozare.

Kentuki ir viens no nabadzīgākajiem štatiem Amerikā. Tās austrumu daļa aptver Apalaču kalnus, kas jau sen ir saistīti ar grūtībām. Pieaugot bezdarbam, kļūst pieejams vairāk stimulu naudas. Dataseam izmanto līdzekļus, lai iegādātos jaunus datorus skolām, un apmaiņā tās pievienojas tīklam. Datoriem ir divējāds mērķis: tie nodrošina jaunus datorus dažiem valsts nabadzīgākajiem skolu rajoniem un dod vēža pētniekiem spēcīgu superdatoru, lai meklētu vēža zāles.

"Mēs veidojam skaitļošanas infrastruktūru," saka Guptons, "un Džonijs to var izmantot skolas darbam."

Sākotnēji tā tika veidota ar Apple Xgrid - programmatūras pakotni izplatītai skaitļošanai, kas cepta operētājsistēmā Mac OS X no 10.4 līdz 10.7z. Ar dažiem pielāgojumiem un kādu patentētu programmatūru Xgrid padarīja sistēmas iestatīšanu īpaši vienkāršu: to bija viegli pievienot jauni mezgli - mašīna, klase, vesela skola - un sistēma tikko aizķērās, ja gāja veseli rajoni bezsaistē.

Xgrid iespējošana bija OS X klikšķis ar vienu pogu. Sistēma automātiski noteica visas tīklā pieejamās mašīnas. Ja datoru tīkls jau bija izveidots, kopas izveide būtībā bija bezmaksas - viss jau bija iekļauts OS X vai lejupielādējams no Apple. Hārvardas un Stenfordas universitātēs ir aptuveni 400 vai 500 datoru Xgrid klasteri, kas katrs veic tādus uzdevumus kā genoma secības meklēšana un Rentgena kristalogrāfija; bet Dataseam ir neapšaubāmi lielākais.

Apple noņēma Xgrid no Snow Leopard (OS X 10.8), liekot Dataseam rakstīt savu patentēto tīkla programmatūru.

Režģis

Dataseam Grid ir monstru mašīna. Tas ir izgatavots no 14 000 galddatoriem 54 skolu rajonos visā Kentuki (skat. Karti). Projekts skar aptuveni 100 000 bērnu un līdz 8000 skolotāju. IMac datoriem ir divkodolu procesori, kas darbojas ar 1,83 GHz vai labāku frekvenci. Tie ir vairāk nekā pietiekami spēcīgi, lai palaistu režģa apstrādi fonā. Dažās skolās uz tīkla ir simtiem mašīnu; citiem ir desmitiem. Lielākā daļa datoru ir salīdzinoši jauni.

"Teorētiski mums ir daži skolu rajoni ar tikpat zirgspēkiem kā Los Alamos," saka Guptons, atsaucoties uz kodolizmēģinājumu superdatoriem. Los Alamos Nacionālā laboratorija.

Dataseam Grid ir savienots kopā ar skolu rajonu gigabitu šķiedru mugurkaulu. Pēdējos gados Kentuki štats ir savienojis lielāko daļu savu skolu ar ļoti ātru, augstas joslas platuma infrastruktūru. Tas lielā mērā bija saistīts ar federālo eRate finansējums no FCC mugurkaula komunikācijas projektiem, kas piešķir subsīdijas, pamatojoties uz studentu skaitu bezmaksas vai pazeminātas likmes pusdienu programmās. Daudzās Kentuki skolās ir uzņemti līdz 80 līdz 90 procentiem.

Režģis ir ārkārtīgi elastīgs. Dataseam var turpināt pievienot un uzlabot mašīnas, pievienojot klasi vai visu skolas rajonu.

"Tas ir ļoti rentabls veids, kā to paveikt," saka Guptons.

Dataseam režģis nekad neapstājas. "Mēs strādājam visu diennakti, pat ja bērni atrodas uz kastēm," saka Guptons. Skaitļošanas uzdevumi var būt intensīvi procesori, taču Guptonam un Trentam ir jānodrošina, lai tie nepārslogotu datorus.

"Viss, ko mēs darbojamies, nevar ietekmēt klienta sniegumu," saka Trents. "Mēs nevaram palēnināt vienu trešdaļu skolas rajonu izglītības datoru."

Guptons saka, ka nākotnē publiskie/privātie tīkli, piemēram, Dataseam, kalpos kā komunālie pakalpojumi, piedāvājot lielu pētījumu programmu skaitu pēc pieprasījuma. Tā ir mākoņdatošanas forma. Tāpat kā Amazon izīrē savu lielo datu centru neizmantoto jaudu, korporācijas un skolas varēs savos tīklos izmantot neizmantotos CPU ciklus.

"Kad mēs ar Braienu sākām pētījumu, mums bija pieci procesori," saka Trents. "Tas ir neticami pieaudzis. Visu, ko darījām pirmajā gadā, tagad varam paveikt vienā naktī. ”

Tomēr, Apple pārtraucot lietot Xgrid, uz Mac balstītie superdatori un klasteri kļūst par retumu. Virdžīnijas tehnikas superdators ir pārtraukts, un es nevarēju atrast nevienu Mac pieminējumu Top500 pasaules ātrāko mašīnu saraksts. Profesors Džeks Dongarra, kurš uztur sarakstu, saka, ka tādu nav. "Es nedomāju, ka Top500 ir Mac kopas," viņš teica.

Pētījums

Trents un viņa kolēģi meklē ķimikālijas, kas traucēs vai kavēs vēža augšanu. Pamatojoties uz modelēšanas metodēm, kas tikko uzvarēja 2013. gada Nobela prēmija ķīmijā, viņi ir izveidojuši simulatoru, kas ņem vēža proteīna 3D modeli un salīdzina to ar ķīmiskās vielas molekulāro modeli. Režģis pārvieto 3D modeļus, mēģinot tos salikt kopā kā 3D mozaīkmīklu. Sakritība ir potenciāls pretvēža līdzeklis. Ja ķīmiskā viela stingri saistās ar olbaltumvielām, tā var apturēt tās augšanu vēža šūnā. Viņi strādā ar bibliotēku, kurā ir 20 miljoni ķīmisko vielu.

Trents un viņa komanda sadarbojas ar 14 citām vēža izpētes grupām visā valstī un starptautiskā mērogā. Ja viņi nolemj, ka mērķis ir pakļauts modelēšanai - un ne visi to dara -, un tas turpinās uz režģa, lai to salīdzinātu ar ķīmisko bibliotēku. Režģis vienā nedēļas nogalē var izplūst caur 7 miljoniem savienojumu. Tas rada aptuveni 1,6 TB datu vienā braucienā. Rezultāti tiek atgriezti dažas dienas vēlāk. Ja režģis atgriež daudzsološas spēles, Trenta komanda laboratorijā fiziski pārbauda ķīmiskās vielas. Vēža olbaltumvielas un ķimikālijas laboratorijā sajauc, lai noskaidrotu, vai tās saistās - tā saucamais funkcionālais tests. Ja viņi to dara, ķīmiskā viela, kas tagad ir potenciāls pretvēža līdzeklis, var sākt ilgu izmēģinājumu sēriju, lai pārbaudītu tās piemērotību cilvēku vēža ārstēšanai.

"Zāļu atklāšana aizņem dažas dienas," saka Trents. "Klīniskā pārbaude ilgst vairākus gadus."

Dataseam paātrina zāļu atklāšanas procesu par lielumu. Pirms desmit gadiem šo darbu būtu veikušas absolventu komandas, izmantojot Petri traukus. Viņi sajauca savienojumu pēc savienojuma, lai redzētu, vai ir saistīšanās. Tagad tos pašus testus var simulēt un saites pārbaudīt virtuāli. Visu pētījumu kontrolē viens iMac Trent birojā.

ASV ir tikai divi vai trīs citi vēža izpētes centri, kas veic līdzīgas augstas caurlaides spējas pārbaudes izmantojot superdatorus, tostarp Džordžtaunu, Mičiganas universitāti un Kalifornijas universitāti Sanā Fransisko.

Līdz šim DataseamGrid ir pārbaudījis vairāk nekā 250 dažādus vēža mērķus un atradis 30 ķīmiskas vielas, kas ir klīniski pārbaudītas. Viena no potenciālajām narkotikām, ko atklāj tīkls, gatavojas izmēģināt cilvēkus. Tas ir paredzēts cietu audzēju ārstēšanai; tas ir, lielākā daļa vēža, izņemot leikēmiju. Trents saka, ka veiksmīga gadījumā savienojums var būt jauna pretvēža zāļu klase. Ironiski, daži no pētniecības programmas daudzsološākajiem pretvēža savienojumiem ir iegūti no tabakas auga-vienas no valsts lielākajām naudas kultūrām.

Tomēr klīnisko testu process ir grūtākais. Divas potenciālās zāles, kas iepriekš tika atklātas Universitātes vēža centrā, tika pārbaudītas II fāzē līdz pagājušajam gadam. Uzņēmumam, kas veica testus, radās finansiālas problēmas, un izmēģinājumi tiek aizturēti. Trents saka, ka cer, ka viena no narkotikām tiks atkārtoti pārbaudīta šogad. Otrs ir klīniskajā neizpratnē. "Tas ir narkotiku bizness," viņš atzīst.

Trents cer, ka tīkla datori var radikāli mainīt zāļu atklāšanu retākiem vēža gadījumiem, kas ekonomikas dēļ nepiesaista farmaceitisko preparātu uzmanību. Viņu īpaši interesē bērnības vēzis. "Bērniem pētījumiem nav naudas," viņš saka. "Vēzis ir vecāka gadagājuma cilvēku slimība."

Iestatījums

Kentuki ir maz ticama vieta, kur īstenot vismodernāko medicīnas pētījumu programmu. Pazīstams ar burbonu, ceptu pārtiku un tabaku, vēža rādītāji šeit ir par 220% augstāki nekā vidēji valstī. Tas vada tautu ar plaušu un kolorektālo vēzi, kā arī sirds slimībām.

"Šeit ir daudz smēķēšanas un sliktu ēšanas paradumu," saka Guptons.

Kentuki ir ļoti nabadzīga. Vidējie valsts ienākumi ir 42 000 USD uz vienu ģimeni, bet nabadzīgākajos apgabalos, kur bezdarbs pieaug līdz 20% un gandrīz 40% iedzīvotāju dzīvo zem valsts nabadzības sliekšņa, var samazināties līdz 10 000 USD. Ja paskatās uz izglītības iegūšanas karti, salīdzinot ar ienākumu līmeni, “lielas Kentuki teritorijas izskatās kā indiešu rezervāti Ņūmeksikā,” saka Guptons.

Guptons atgādina savas dzimtās pilsētas skolas valdes locekļa reakciju, kad viņš pirmo reizi pastāstīja par Dataseam Grid. "Viņš ir zemnieks. Apēdis vēzis. Viņš bija dzīvs tikai par spīti tam. Kombinezoni. Dubļaini zābaki. Viņš teica: "Es neko nezinu par datoriem, bet, ja tas palīdzēs cīnīties pret vēzi, mēs palīdzēsim to ievietot šovakar." "

Guptons turpina: "Man nepatīk šķist, ka esam neveselīgi un neizglītoti, bet mums ir savi izaicinājumi." Nodarbinātība Kentuki tradicionāli ir ogļu ieguve. Bet, tā kā nozare ir sarukusi, darba vietas ir pazudušas un jaunas nav piepildījušās. Izglītības trūkums tikai saasina problēmu. "Bet mums ir arī savas iespējas," viņš piebilst.

"Izglītojiet darbaspēku, un uzņēmumi nāks," saka Dataseam galvenais darbības vadītājs Henrijs Hants. "Iespējams, pirms šo bērnu nākotne bija ieguves rūpniecība. Tagad mēs nosūtām bērnus uz koledžu ar stipendijām. ”

Izglītība patiešām ir tā, kas liek Dataseam komandai darboties. Šī ir programmas daļa, par kuru Guptons visvairāk aizraujas. Pretvēža zāļu atrašana ir forša, bet izglītība bērniem ir tas, kas viņu patiešām virza.

Dažas skolas darbojās Mac no LC laikmets. Tagad bērni ražo podkastus, biļetenus un digitālos videoklipus. Viņi straumē basketbola spēles, sazinās ar citiem bērniem un karaspēku ārzemēs un izmanto tos skolas darbos.

Dataseam piešķir apmēram 20 apmaksātas stipendijas gadā, nosūtot studentus uz divām vietējām universitātēm - Luisvilas Universitāti un Morehead State University. Tā ir nodrošinājusi arī apmācību un karjeras attīstību aptuveni 6000 skolotājiem.

Tā ir arī apmācījusi vairāk nekā 112 skolu IT tehniķus ar Apple profesionālajiem sertifikātiem, padarot Kentuki par vislielāko Apple sertificēto tehniķu koncentrāciju ASV uz vienu iedzīvotāju pamats.

"Mēs attīstām prātus," saka Guptons. "Tas nav par spēcīgu muguru. Tas ir par to, vai jūs varat domāt. ”

Viņš turpina: “Darbavietas, kuras mēs cenšamies radīt, ir tās, kas štatā rada jaunu ekonomiku un ilgtspējīgu bagātību. Mēs veicinām ekonomikas attīstību. Mēs veidojam cilvēku infrastruktūru un kapitālu. ”

Guptons stāsta par vīrieti no Mārtiņa apgabala, kur Lyndon B. Džonsons pasludināja karu nabadzībai 1964. Viņš sāka darboties kā sētnieks skolu sistēmā, nopelnot mazāk nekā 14 USD stundā. Viņš studēja par sertificētu Apple sistēmu inženieri - programmu, ko atbalsta Dataseam. Tagad viņš strādā vietējā skolu rajonā kā sertificēts tehnoloģiju profesionālis, gadā nopelnot 50–60 000 USD. "Šis puisis ir viens no programmas panākumiem," saka Guptons. “Viņš parāda, kas ir izglītība. Tam bija milzīga ietekme uz viņa dzīvi un viņa ģimeni. ”

"Agrāk tas bija par ogļu šuvēm," saka Guptons. "Tagad tas ir datu savienojums."