Informacje i nowości

Czy komputery iMac mogą pomóc w walce z rakiem?

DataseamGrid

W cichych zakątkach stanu Kentucky w USA, duży superkomputer przetwarza olbrzymie ilości danych w poszukaniu nowego leku do walki z rakiem. Jeden z największych komputerów na świecie – DataseamGrid, którego moc obliczeniowa pochodzi z 14 tysięcy iMaców rozsianych po całym stanie, jest w stanie tygodniowo wykonać taką ilość obliczeń, że ludziom zajęłoby to około 300 lat, dzięki czemu jest niemalże głównym źródłem informacji o nowych lekach. Ich odkrycie zwykle trwa od 10 do 15 lat, natomiast superkomputer „odkrywa” nowe prototypy w ciągu ułamka tego czasu. Dlaczego prototypy? Ponieważ odkrycie od wprowadzenia, dzielą liczne testy, które muszą przeprowadzić lekarze. Już dzisiaj jest testowanych kilka leków odkrytych przez DataseamGrid.

Wracając do iMaców, zgadnijcie gdzie są umieszczone? W serwerowniach? W laboratoriach? Otóż nie – stoją po prostu na szkolnych ławkach 170 placówek szkolnych w Kentucky i są wykorzystywane na zwykłych zajęciach lekcyjnych przez dzieci i studentów. Komputery używane przez Dataseam, stanowią 1/3 komputerów we wszystkich szkołach w stanie. Oczywiście, nie jest to robione jawnie – komputery mają działający w tle program do szukania nowych lekarstw na raka, przez co jedynie garstka dzieci ma pojęcie, że siedzi przed maszyną, która może kiedyś uratować ich życie. A od czego to wszystko się zaczęło?

DataseamGrid

Początki DataseamGrid

W czasie pracy w Governor’s Technology and Innovation Council, w 2001 roku biznesmen Dean Hudges zauważył, że w Kentucky są realizowane duże inwestycje w komputery i sieci komputerowe w szkołach. Rozumiejąc potencjał kryjącej się w ich zbiorowej mocy obliczeniowej, rozpoczął współpracę z Brianem Guptonem. Obaj panowie stworzyli wizję, w której właśnie owe komputery, stanowiące jedność, przyczyniają się do wzrostu ekonomicznego w Kentucky. Gupton, dodatkowo wstawiając w to wątek edukacyjny, zachęcił szkoły do partnerstwa w ich przedsięwzięciu.

CEO Dataseam, Brian Gupton

Brian Gupton, CEO Dataseam

Panowie zaprzyjaźnili się później z biznesmenem Henrym Huntem, z którym przeszli przez program inkubacyjny (model biznesowy, swego rodzaju dofinansowanie) stanu Kentucky. Podczas spotkania w Louisville Information Technology Research Center, trzej panowie poznali Dr. Johna Trenta z University of Louisville’s James Graham Brown Cancer Center. Pan Trent jest naukowcem, który bada zachowanie raka i potrzebował masowe ilości mocy obliczeniowej, aby kontynuować badania nad lekiem. Niedługo po tym, Gupton i Hunt rozpoczęli poszukiwania szkół, które chętnie by współpracowały w zamian za nowe, bardzo wydajne komputery umieszczone w ich salach lekcyjnych. Do dzisiejszego dnia, 167 szkół oraz trzy uniwersytety przystąpiły do programu Dataseam.

Sieć DataseamGrid

„Superkomputer” Dataseam, jest więc niczym innym, jak siecią komputerową opartą o infrastrukturę, którą cechuje bardzo duża szybkość oraz przepustowość. Przez ostatnie kilka lat stan Kentucky założył w większości szkół taką sieć w ramach dofinansowania, które przyniosło większości placówek oszczędności rzędu 80-90 procent normalnej ceny takiej sieci.

54 okręgi w stanie Kentucky, które biorą udział w programie Dataseam

54 okręgi w stanie Kentucky, które biorą udział w programie Dataseam

Nie ukrywam, że jako całość, DataseamGrid to po prostu monstrum w światku komputerowym. Jak przyznaje pan Trent, na początku było pięć jednostek obliczeniowych, natomiast dzisiaj na całość składają się aż 14 tysięce iMaców rozsianych w 54 okręgach stanu. W programie bierze udział ponad 100 tysięcy uczniów i studentów i około 8 tysięcy nauczycieli i wykładowców.

Dzieci pracujące na iMacach

Dzieci pracujące na iMacach, które wspólnie wykonują skomplikowane obliczenia 24/7

Warto również wspomnieć, że komputery w większości są wyposażone w dwurdzeniowy procesor Intel DualCore o częstotliwości taktowania 1,83 GHz na rdzeń, lecz w niektórych szkołach są również i lepsze, a zarazem i nowsze modele iMaców, i są one bardziej niż wystarczająco mocne, aby każdy z nich będąc wykorzystywane do celów edukacyjnych, jednocześnie w tle wykonywał obliczenia na rzecz Dataseam. Czy uczniowie pracują na iMacach czy nie, maszyny przetwarzają dane 24 godziny na dobę przez 7 dni w tygodniu. Sieć Dataseam jest bardzo elastyczna – można dodawać oraz ulepszać komputery w całych szkołach, czy okręgach. Dodatkowo, jednostki nie mogą być zbytnio przeciążone. Gupton i spółka dbają o to, aby komputery były sprawne przez cały czas, nawet gdy korzystają z nich uczniowie. Brian Gupton, odnosząc się do superkomputera Los Alamos stosowanego do obliczeń testów nuklearnych, powiedział:

Można rzec, że w niektórych okręgach mamy taką samą moc obliczeniową jak w Los Alamos.

Jednakże, po rezygnacji z kontynuowania przez Apple programu Xgrid (już w Mac OS X 10.8), sieci bazujące właśnie na komputerach Mac stanowią rzadkość. Od kiedy superkomputer Virginia poszedł w przysłowiową „odstawkę”, na liście 500 najlepszych superkomputerów, którą prowadzi profesor Jack Dongarra, nie ma takich sieci wcale.

W przyszłości, Dataseam będzie mógł „wypożyczać” moc obliczeniową tak, jak to robi teraz Amazon.

Badania

John Trent

Dr John Trent z uniwersytetu Louisville, przewodzi badaniom nad nowymi lekami do walki z rakiem wykorzystując sieć Dataseam

Nad badaniami czuwa dr John Trent, który twierdzi, że Dataseam to jedno z największych źródeł danych na temat nowych prototypów leków na raka. Wraz z współpracownikami w laboratoriach, szukają składników, które ograniczą lub zupełnie zatrzymają rozwój choroby. Bazując na technikach modelowania, które zostały odkryte przez Karplusa, Levitta oraz Warshela (notabene noblistów z dziedziny chemii w 2013 roku), został zbudowany symulator, który model 3D białka nowotworowego porównuje z modelem molekularnym wybranego składnika chemicznego. Następnie, dzięki właśnie wielkiej sieci obliczeniowej, następuje dopasowanie obu modeli poprzez obracanie nimi i szukanie miejsca, gdzie można je ze sobą złączyć. Wynik takiego działania pokazuje skuteczność potencjalnego leku i jeżeli wiązania są silne, taki składnik ma szansę zatrzymać lub spowolnić rozwój raka. Obecnie, zespół Trenta oraz superkomputer Dataseam pracują z biblioteką ponad 20 milionów chemikaliów.

Potencjalny lek znaleziony dzięki sieci Dataseam

Potencjalny lek znaleziony dzięki sieci Dataseam

DataseamGrid

Sieć próbuje złączyć ze sobą molekuły. Jeżeli wiązanie jest silne, taki składnik chemiczny jest dobrym kandydatem na lek do walki z rakiem

Grupa badawcza Dataseam, współpracuje obecnie z 14 zespołami z całego świata, które również prowadzą badania nad lekami spowalniającymi lub zatrzymującymi rozwój raka. Jeżeli dojdą do wniosku, że ten, który obecnie jest badany, jest możliwy do zamodelowania (a nie wszystkie są), zostaje wprowadzony do sieci w celu porównania go z biblioteką chemikaliów. Sieć może przebadać ponad 7 milionów połączeń w jeden weekend, natomiast co test produkowanych jest 1,6 terabajta danych.

DataseamGrid

Po odnalezieniu potencjalnego leku przez sieć, jest on testowany w laboratoriach

Wyniki są odbierane po kilku dniach. Jeżeli sieć zwróci wynik pozytywny, zespół Trenta przeprowadza prawdziwy test w swoim laboratorium, gdzie rzeczywiste białka nowotworowe oraz składnik, który został wskazany przez sieć, zostają poddane analizie. Jeżeli proces przebiegł pomyślnie, potencjalny lek trafia do długoletnich testów, gdzie jest sprawdzana jego rzeczywista skuteczność w walce z rakiem. Jak mówi Trent, odkrycie potencjalnego leku trwa kilka dni lecz testy kliniczne zajmują już kilka lat.

Dataseam

Biuro dr Johna Trenta. Na największym z ekranów widać status sieci w jednym ze szkolnych okręgów

Jednak dzięki właśnie takim sieciom, znacznie szybciej można odkryć nowe metody walki z rakiem. Dla porównania, 10 lat temu ten sam proces, który dziś odbywa się w symulacji w sieci, wymagał pracy tysięcy ludzi na całym świecie, którzy badali mieszaniny i wiązania między nimi. Wszystkie badania, które toczą się w sieci i w laboratorium Johna Trenta, są kontrolowane przez pojedynczego Maca mieszczącego się w biurze doktora.

Na tą chwilę, DataseamGrid zbadało ponad 250 miejsc wystąpienia raka oraz odkrył 30 leków, które zostały potwierdzone klinicznie. Jeden z potencjalnych leków do walki ze złośliwymi nowotworami, który został odkryty przez sieć, jest o krok przed rzeczywistymi i długoletnimi testami na ludziach. Trent sądzi, że jeżeli okaże się trafiony, będzie pierwszym lekiem, który będzie reprezentował nowy ich rodzaj. Jak na ironię, obiecujący lek pochodzi ze stanu, gdzie znajdują się jedne z największych upraw tabaki.

O ile odkrycie leków przebiega dość sprawnie, to sytuacja testów klinicznych nie wygląda najlepiej. Dwa z potencjalnych lekarstw odkrytych przez sieć i potwierdzonych przez zespół Trenta „utknęło” w II fazie testów klinicznych, a z powodu kłopotów finansowych firmy, która je przeprowadzała, obecnie testy są wstrzymane. John Trent twierdzi, że jeden z nich, do końca roku, ma szansę ponownie zostać poddany testom, natomiast drugi będzie jeszcze czekał na swoją kolej. Jak sam przyznaje – „taki jest biznes farmaceutyczny” i nic nie jest w stanie poradzić.

Trent ma nadzieję, że bardzo duże sieci komputerowe, cechującą się ogromną mocą obliczeniową, mogą zrewolucjonizować (o ile już tego nie zrobiły) sposób, w jaki odkrywamy leki na rzadsze odmiany raka, które oczywiście nie są korzystne z punktu widzenia ekonomii biznesu farmaceutycznego. Doktor jest zainteresowany przypadkami złośliwych nowotworów występujących u dzieci, lecz jak mówi, po prostu nie ma pieniędzy na takie przedsięwzięcia dodając, że „rak to choroba dorosłych”.

The University of Louisville’s Center for Translational Research

The University of Louisville’s Center for Translational Research (CTR) – miejsce pracy dr Johna Trenta

Dlaczego Kentucky?

Kentucky jest bardzo specyficznym miejscem dla tego typu badań. W miejscu, gdzie króluje tabaka i smażone jedzenie, wskaźnik ryzyka zachorowania na raka jest aż o 220% wyższy niż norma krajowa USA. Ludzie w tym rejonie najczęściej chorują na nowotwór płuc i jelita grubego oraz często mają atak serca. Jak mówi Gupton, są tam bardzo złe nawyki żywieniowe oraz uzależnienie od nikotyny.

Oprócz problemów zdrowotnych, stan Kentucky boryka się z problemami finansowymi. Średni zysk roczny na rodzinę w całym stanie wynosi 42 tysiące dolarów (warto pamiętać, że statystyki zawyżają bogatsi ludzie), lecz w najbiedniejszych okręgach ten czynnik wynosi 10 tysięcy dolarów. Oprócz tego, wskaźnik bezrobocia wynosi aż 20%, a aż 40% społeczeństwa Kentucky żyje poniżej progu ubóstwa. Jeżeli spojrzeć na wykres porównujący poziom edukacji i dochód, możemy ujrzeć połacie, które wyglądają, jak mówi Gupton, jak rezerwaty Indian w stanie Nowy Meksyk.

Dataseam CEO, Henry Hunt ze studentem

Dataseam COO, Henry Hunt z uczniami – „Jeżeli wyszkolisz siłę roboczą, firmy przyjdą same.”

Brian Gupton przypomina reakcję jednego z członków rady szkolnej, kiedy to pierwszy raz opowiedział o projekcie DataseamGrid. Był biedny i dodatkowo rak u niego tak się rozwinął, że miał nikłe szanse na wyleczenie, jednak powiedział:

Nie znam się na komputerach, ale jeżeli to rzeczywiście pomoże w walce z rakiem, pomożemy to postawić jeszcze dzisiaj. Może jesteśmy niewykształceni i prowadzimy niezdrowy tryb życia, ale za to znamy swoje możliwości.

Z pracą w Kentucky, jak pisałem, nie jest najlepiej. Głównym jej źródłem, że tak to ujmę, były kopalnie węgla. Od kiedy przemysł w tym stanie znacznie zmalał, wielu ludzi straciło pracę i przez brak edukacji, w większości nie mogli znaleźć nowej, poza tym takowe miejsca w ogóle nie powstawały. Jak powiedział kiedyś Henry Hunt, jeden ze współzałożycieli Dataseam, „wyszkol siłę roboczą, a firmy przyjdą same”. Dlatego więc, nie tyle co drugim, ale raczej równorzędnym celem, wraz z szukaniem nowych leków do walki rakiem, jest właśnie danie możliwości edukacji dzieciom z Kentucky. Warto tutaj zaznaczyć, że niektóre szkoły w tym stanie jeszcze używają na zajęciach Macintoshów z ery LC (a swoją premierę miały w pierwszej połowie lat 90-tych!). Dzięki trio Gupton, Hunt i Trent, dzieci mogą korzystać z nowych Maców, tworząc swoje biuletyny, filmy, oglądając mecz koszykówki, komunikując się ze sobą i przede wszystkim – wykorzystując je do nauki. 

Rzeczywiście, Dataseam przyczynił się znacznie do wzrostu edukacji w Kentucky. Każdego roku, stan przyznaje stypendia 20 uczniom i kierują ich do dwóch uniwersytetów – University of Louisville oraz Morehead State University. Zapewnił też pracę ponad 6 tysiącom nauczycieli. Dodatkowo, Dataseam wyszkolił 112 specjalistów w dziedzinie informatyki z certyfikatami Apple, co oznacza, że w USA, to właśnie w Kentucky jest największy współczynnik certyfikowanych specjalistów przypadających na mieszkańca.

CEO Dataseam, Brian Gupton

CEO Dataseam, Brian Gupton chce znacząco poprawić ekonomię w stanie Kentucky. „Budujemy infrastrukturę opartą na ludziach i kapitale.”

Jak sam Gupton przyznaje, ich działania przypominają to, co zrobił były prezydent Lyndon B. Johnson, kiedy wypowiedział „wojnę” wszechobecnej biedocie. Jeden z założycieli Dataseam, pracował kiedyś jako woźny, za mniej niż 14 dolarów na godzinę (szczerze, mnie jako mieszkańca Polski nie bardzo to szokuje, bo tu znajdziemy przykłady ludzi, którzy pracują nawet za 5 zł na godzinę, czyli ok. 1,5 dolara). Teraz jest certyfikowanym specjalistą IT pracującym w słusznym celu i dodatkowo zarabia od 50 do 60 tysięcy dolarów rocznie.

Lyndon B. Johnson

Zdjęcie, które znalazło się w magazynie Times, przedstawia byłego prezydenta Lyndona B. Johnsona na ganku w hrabstwie Martin, gdzie wypowiedział wojnę ubóstwu

Czy istnieją inne superkomputery takie jak DataseamGrid?

Tak i to dużo. Dla przykładu można podać tutaj sieć superkomputera szwajcarskiego CERN, który jest wyposażony aż w 100 tysięcy procesorów, a ich wydajność to 15 petabajtów rocznie, które produkuje wielki zderzacz hadronów. Przyczynił się również do odkrycia cząstek bozonu Higgsa. W Europie istnieją jeszcze European Grid Infrastructure oraz francuski WISDOM, które szukają leków na ptasią grypę, malarię oraz HIV. Najokazalszym projektem jest Einstein, w ramach którego ponad 300 tysięcy wolontariuszy z 221 krajów poszukują dowodów na fale grawitacyjne. Obecnie projekt ten plasuje się na 30 miejscu 500 najmocniejszych superkomputerów z prędkością 1100 TFLOPS.

Osobiście myślę, że projekty tego typu mają w sobie ogromny potencjał. Może dzięki mocy sieci komputerowych wykonujących skomplikowane obliczenia, które normalnie zajęłyby lata, będziemy mogli jeszcze szybciej odkrywać nie tylko leki na raka, ale również inne rzeczy nie koniecznie związane z medycyną. Dzięki takim działaniom, można też tu śmiało mówić o niedużym, ale zawsze jakimś, przyspieszeniu procesu rozwoju technologicznego i naukowego.

[source type=”Źródło” name=”Cult of Mac” url=”http://www.cultofmac.com/179907/macs-cure-cancer/”][source type=”Źródło” name=”Dataseam” url=”http://www.kydataseam.com/”]

To Top