聽說過冷凍電鏡嗎?未來失眠人群將有所降低

2020-12-05 AMAX超集

你是否還在為你的睡眠而痛苦?根據喜臨門在深圳發布《2019年中國睡眠指數報告》顯示,不同代際之間的睡眠狀況各不相同,越是年輕睡眠越是紊亂,越是年長睡眠越有規律。據中國醫師協會睡眠醫學專業委員會日前公布的數據顯示,全球成年人中有60%以上存在睡眠問題,1/4的成年人失眠。「睡得晚」、「睡不著」、「睡不夠」等一系列睡眠問題正困擾著當代人,現代睡眠危機越來越嚴重。

那有沒有一種方法可以有效治療失眠呢?答案是有的。目前浙江大學科學家通過單顆粒冷凍電鏡技術對人腦中的GABA(g-氨基丁酸)受體進行解析,得到了一種處於開放狀態的GABAA受體三維結構。GABA主要負責在神經系統中「踩剎車」讓你在異常興奮狀態恢復平靜。

神經與血管,是遍布人體的兩大系統,GABAA受體的發現,源自人們偶然發現苯二氮卓具有鎮靜催眠作用,科學家順藤摸瓜找到了這個「剎車」就是GABAA受體。研究表明將GABAA受體滴在特質的銅網上,並快速冷卻到零下190度,通過電鏡可以清晰看見一個個蛋白,並通過計算機最終繪出GABAA受體解析度為3.5埃的三圍源自結構。這為進一步開展藥物和GABAA受體之間的相互作用,開發更有效、安全的藥物打下基礎,對於失眠這一問題,未來將有望改變。

在本次科研項目中,最大功勞莫屬於冷凍電鏡。為了觀測蛋白質分子這類生物大分子的空間結構,研究空間結構與生物大分子的功能之間的聯繫,科學家們需要在真空環境下把蛋白質分子固定住。在這個指導思想下,科學家想到了冷凍的方法,他們用液態的乙烷等快速冷凍含有水分的生物樣品,這樣就可以製備出很薄的水膜(生物大分子就冷凍在這個水膜裡)。冷凍完成以後,就可以用電鏡來觀測蛋白質等生物大分子的空間結構了。因此,冷凍電鏡技術在對物質細微結構與功能的分析上必將極大地推動生物醫學的發展,這讓我們對生命中涉及的化學問題也有了更深的理解,對於新藥開發也具有關鍵性意義。

從冷凍電鏡技術的出現,AMAX便針對冷凍電鏡提出一整套解決方案。對於冷凍電鏡三維重構技術,大部分軟體都支持GPU加速,受益於GPU 的計算能力,得以在短時間內展開了新的思路。依賴於GPU來加速圖形處理、進而重建高分子結構,通過 GPU 並行加速,實現蛋白顆粒的分組,結構重構以及結果優化。GPU加速運算指以圖形處理單元(GPU)搭配CPU,藉以加速科學、工程和企業應用。

GPU加速運算提供前所未見的應用效能,能將應用程式中運算密集的工作負載轉移到GPU,並由CPU執行其他程式碼,從而加快應用程式的執行速度。

AMAX不僅在軟體上支持GPU加速,並在硬體上提供一整套解決方案讓冷凍電鏡在設備與硬體上無後患之憂。使其對未來整個生物學的影響,不只是結構生物學,還影響細胞生物學、醫學,發育、遺傳等生命科學的各個角落。

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