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Rosetta@home

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/04/07 08:26 UTC 版)

Rosetta@home
作者 Baker laboratory, University of Washington; Rosetta Commons
初版 2005年10月6日 (18年前) (2005-10-06)
最新版
Rosetta: 4.20 / 2020年5月1日 (3年前) (2020-05-01)
Rosetta Mini: 3.78 / 2017年10月3日 (6年前) (2017-10-03)
Rosetta for Android: 4.20 / 2020年5月1日 (3年前) (2020-05-01)
対応OS Windows, macOS, Linux, Android
プラットフォーム BOINC
対応言語 英語
サポート状況 Active
種別 分散コンピューティング
公式サイト boinc.bakerlab.org/rosetta/
テンプレートを表示

概要

Rosetta@homeは、2022年3月14日時点で平均73,712.4 G(ギガ)FLOPS(フロップス)以上の処理能力を持つ約6万3,000台のアクティブなボランティアコンピュータの助けを借りて[1]、タンパク質-タンパク質ドッキング (英語版) を予測し、新しいタンパク質を設計することを目的としている。 Rosetta@Home のビデオゲームである Foldit は、クラウドソーシングのアプローチでこれらの目標を達成することを目指している。 プロジェクトの多くは、プロテオミクス手法の精度とロバスト性を向上させるための基礎研究に重点を置いているが、Rosetta@homeはマラリアやアルツハイマー病などの応用研究も行っている[2]。

他の BOINC プロジェクトと同様に、Rosetta@home は、ボランティアのコンピュータからの未使用時の計算処理資源を使用して、個々の作業単位(ワークユニット) (英語版) の計算を実行する。完成した結果は中央のプロジェクトサーバーに送られ、そこで検証され、プロジェクトデータベースに統合される。このプロジェクトはクロスプラットフォームで、さまざまなハードウェア構成で動作する。ユーザは、個々のタンパク質構造予測の進捗状況を Rosetta@home スクリーンセーバーで確認することができる。

タンパク質の構造予測の問題は、Googleが所有するDeepMindが人工知能を使用して既に解決している。DeepMindは、タンパク質の構造を最も正確に予測するために、Rosettaの入力を他の多くのデータに取り入れた予測ツールAlphaFoldを開発した。AlphaFoldは、タンパク質構造予測技術精密評価(CASP)コンテストでRosettaを追い抜き、タンパク質の配列データを持つ約100万の生物種から2億以上のタンパク質の構造を予測するのに成功し、実質的にタンパク質宇宙を網羅した。すべての予測結果を含む構造データベースは、DeepMindと欧州バイオインフォマティクス研究所によって共同で構築された[3]。

疾患関連の研究に加えて、Rosetta@homeネットワークは、構造バイオインフォマティクスの新しい手法のテストフレームワークとしても機能する。そのような手法は、RosettaDock やヒトプロテオーム・フォールディング・プロジェクト (英語版) 、マイクロバイオーム免疫プロジェクトなどの Rosetta ベースの他のアプリケーションで使用され、Rosetta@home の大規模で多様なボランティアコンピュータで十分に開発され、安定していることが証明された後に使用される。Rosetta@home で開発された新しい手法の特に重要なテストは、タンパク質構造予測技術精密評価(CASP)とタンパク質間相互作用予測精密評価(CAPRI)実験であり、2年に1度の実験で、それぞれタンパク質構造予測とタンパク質-タンパク質ドッキング予測の最先端の状態を評価する。Rosetta@homeは常に主要なドッキング予測器の中にランク付けされており、利用可能な最高の三次構造予測器の一つである。

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の原因ウイルスSARS-CoV-2の解析プロジェクトに参加したいという新規ユーザの流入に伴い[4]、Rosetta@homeは2020年3月28日時点で最大1.7ペタフロップスまで計算能力を向上させた[5][6]。2020年9月9日、Rosetta@homeの研究者は、SARS-CoV-2に対する10種の強力な抗ウイルス剤候補を説明する論文を発表した。Rosetta@homeはこの研究に貢献し、これらの抗ウイルス剤候補は、第1相臨床試験 (2022年初頭に開始される可能性がある) に向かっている[7][8][9][10]。Rosetta@homeチームによると、Rosettaのボランティアはナノ粒子ワクチンの開発に貢献した[7]。このワクチンはライセンスされ、2021年6月に第I/II相臨床試験を開始したIcosavaxのIVX-411（英語版）と[11]、SK Bioscienceが開発中で、韓国ですでに第III相臨床試験が承認されている(Skycovione) GBP510として知られている[12][13]。

また、Institute of Protein Design (IPD) で初めて作成され、2019年1月に論文発表された抗がん剤候補のNL-201（英語版）は[14]、IPDからスピンオフしたNeoleukin Therapeuticsの支援を受けて、2021年5月に第1相ヒト臨床試験を開始した[15]。Rosetta@homeはNL-201の開発で役割を果たし、タンパク質設計の検証に役立つ「フォワードフォールディング」実験で貢献した[16]。

コンピューティング・プラットフォーム

「Category:分散コンピューティングプロジェクト」も参照

Rosetta@home アプリケーションと BOINC 分散コンピューティングプラットフォームは、Windows、Linux、macOS の各 OS で利用可能である。 BOINC は、FreeBSD のような他のオペレーティングシステムでも動作する[17]。Rosetta@homeに参加するには、クロック速度500MHz以上の中央処理装置(CPU)、200メガバイトの空きディスク容量、512メガバイトの物理メモリ、インターネット接続が必要である[18]。2017年10月3日現在、Rosetta Miniアプリケーションの現在のバージョンは3.78である[19]。現在の推奨BOINCプログラムバージョンは7.6.22である[20]。ユーザーの BOINC クライアントとワシントン大学の Rosetta@home サーバー間の通信には標準ハイパーテキスト転送プロトコル (HTTP) (ポート80) が使用され、パスワード交換時には HTTPS (ポート443)が使用される。BOINC クライアントのリモートおよびローカル制御ではポート 31416 とポート 1043 を使用しているが、これらはファイアウォールの内側にある場合は特にブロック解除を要する可能性がある[21]。個々のタンパク質のデータを含むワークユニット (英語版) は、ワシントン大学のBaker研究室にあるサーバーからボランティアのコンピュータに配信され、割り当てられたタンパク質の構造予測を計算する。与えられたタンパク質の構造予測の重複を避けるために、各ワークユニットはランダムなシード番号 (英語版) で初期化される。これにより、各予測は、タンパク質のエネルギー地形に沿って下降するユニークな軌跡を得ることができる[22]。Rosetta@home からのタンパク質構造予測は、与えられたタンパク質のエネルギーランドスケープにおけるグローバルな最小値の近似値である。このグローバルな最小値は、タンパク質の最もエネルギー的に有利なコンフォメーション、すなわちネイティブな状態 (英語版) を表す。

タンパク質の構造予測の進捗状況を示すRosetta@home

Rosetta@home グラフィカル・ユーザー・インターフェース（GUI）の主な機能は、シミュレーションされたタンパク質の折り畳みプロセス中の現在のワークユニットの進行状況を表示するスクリーンセーバーである。スクリーンセーバーには次が表示される:[23]

  • タンパク質の構造
    • (左上) ターゲットとなるタンパク質が、最も低いエネルギーの構造を求めて様々な形状（コンフォーメーション）に変化している様子
    • (中央上) 最近の構造
    • (右上) 現在の最も低いエネルギーの構造
    • (その下) すでに決定されている場合は真の構造
  • グラフ
    • (中央) 受け入れられたモデルの熱力学的自由エネルギーのグラフ
    • (右端) 受け入れたモデルとネイティブモデルの構造的な類似性を示す、受け入れたモデルの二乗平均平方根誤差(RMSD) (英語版) のグラフ
    • (その下) 受け入れられたモデルのエネルギーグラフの右側とRMSDグラフの下には、これら2つの関数の結果を用いて、モデルの改良が進むにつれて、エネルギー対RMSDのプロット

他のBOINCプロジェクトと同様に、Rosetta@homeは、ホストOSのアカウントにログインする前に、アイドル状態のコンピュータの電力を使って、ユーザのコンピュータのバックグラウンドで実行される。プログラムは、他のアプリケーションが必要とする CPU からリソースを解放し、通常のコンピュータの使用に影響を与えない。多くのプログラム設定は、ユーザーアカウントの環境設定を介して指定することができる。プログラムが使用できる CPU リソースの最大割合（持続的な容量で実行されているコンピュータの消費電力や発熱を制御するため）、プログラムを実行できる 1 日の時間帯、その他多くの設定がある[要出典]。

Rosetta@home ネットワーク上で動作するソフトウェアである Rosetta は、Fortran で書かれたオリジナルバージョンよりも開発が容易になるように C++ で書き直された。この新バージョンはオブジェクト指向で、2008年2月8日にリリースされた[24][25]。ロゼッタコードの開発はロゼッタコモンズによって行われている。このソフトウェアはアカデミックコミュニティに自由にライセンスされており、製薬会社には有償で提供されている[26]。


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