Кто помещает в компьютеры вирусы?

Кто помещает в компьютеры вирусы? На этот вопрос можно ответить двояко. Это делают либо компьютерные хулиганы, либо ученые-микробиологи, которые занимаются компьютерным моделированием.

Вирусы у первых и вторых абсолютно разные - первые разрушают внутренности компьютера, вторые представляют собой виртуальные копии вирусов, которые разрушают внутренности человеческие. Интересно, что создателям первых в компьютерных изданиях уделяется немало внимания, в то время как вторые несправедливо остаются в тени. А именно они, ученые, занимающиеся компьютерной визуализацией в химии и микробиологии, позволяют не только "увидеть невидимое", не только "покрутить" эти вирусы перед глазами, но порой и подобрать противоядие для этих напастей.

О деятельности ученых и пойдет речь в данной заметке. Идея построения трехмерной модели той или иной биологической молекулы, в частности молекулы вируса или, наоборот, противоядия для него, отнюдь не нова.

Задолго до появления графических компьютерных средств ученые создавали механические структурные модели, которые, кстати, иногда занимали до нескольких метров в диаметре. Очевидно, манипуляции с подобными молекулами были крайне затруднительны.

Появление компьютеров, способных создавать виртуальные аналоги подобных моделей, поистине произвело революцию в биохимии и фармацевтике. Получив в распоряжение трехмерную компьютерную модель тех или иных молекул и имея возможность управлять их движением, исследователь добивается совмещения моделей (когда "выпуклости" одной точно соответствуют "впадинам" другой). В это время и происходит так называемая стыковка, которая имитирует реальные процессы при взаимодействии биологических молекул.

Такие эксперименты помогают понять, как реальные молекулы связываются между собой посредством соединения определенных рецепторных участков, и, например, объяснить, как вирус проникает в клетку. Это позволяет, в свою очередь, попытаться синтезировать вещества, блокирующие активность вируса. По выражению Дэвида А. Пенсака, руководителя программы по молекулярному моделированию одного из гигантов химической индустрии фирмы Дюпон, "принципиально посадка Боинга на полосу аэродрома ничем не отличается от "посадки" на рецептор фермента".

Учитывая, что многие компьютерные технологии "перекочевывают" из военных приложений в гражданские, можно понять, откуда берется подобное сравнение.

Первые опыты "твердого" моделирования в области разработки вакцин и медикаментов были проведены в Калифорнийском исследовательском институте совместно с Ливерморской национальной лабораторией в 80-е годы.

Исследования были направлены на создание виртуальной картины внедрения вируса в клетку томата. Основываясь на этих опытах, ученые смогли выделить те части вируса, которые можно имитировать в структуре будущей вакцины. По мере развития вычислительной техники расширяются возможности и усложняются модели объектов, с которыми оперируют ученые. Многие лекарства удалось синтезировать, используя подобные технологии, другие еще требуют кропотливых исследований. В частности, одно из направлений поиска вакцины против вируса СПИДа - это проведение экспериментов с трехмерной компьютерной моделью соответствующей молекулы.

Разработка подобного рода экспериментов требует труда не только химиков, микробиологов, программистов, но и разработчиков специальных графических компьютеров, в которых на аппаратном уровне реализованы уникальные графические возможности. Специальные графические станции способны перемещать на экране в реальном масштабе времени сложнейшие "твердые" модели, состоящие из сотен элементов. Виртуальные миры, населенные подобными объектами, позволяют экспериментатору, управляя моделью, почувствовать себя одной из молекул, взаимодействующих с вирусом.

Для того чтобы понять, насколько мощные ресурсы необходимы подчас для подобного моделирования, достаточно привести пример использования для этих целей конкретной модели техники Silicon Graphics, признанного лидера в области графических супервычислений (95% систем молекулярного моделирования приходится сегодня на решения от этой фирмы).

Так, комплекс на базе SGI POWER CHALLENGE array, применяемый для наиболее сложных экспериментов в компьютерной химии, имеет 144 RISC-процессора, 128 Гбайт основной памяти, скорость обмена с диском 4 Гбайт/c, что позволяет достигать пиковой производительности в 43 GFLOPS. Из подобных примеров становится понятно, что порой "поместить" биологический вирус в компьютер куда сложней, чем "заразить" машину вирусом компьютерным.