Webmaster: Martin Drhlík

Optimalizováno pro1024x768 bodů.

BOINC

Berkeley Open Infrastructure for Network Computing

Distribuované výpočty se setkávají na celém světě s velkým ohlasem. Díky nim má možnost podílet se na vědeckém výzkumu, ale i jiných výpočtech opravdu každý a nepotřebuje k tomu ani rozsáhlé znalosti, ani počítač za tisíce dolarů. Je to právě ta obrovská výzva, která táhne již dlouhá léta statisíce lidí ze všech zemí světa k zapojení na těchto výpočtů. Bez zapojení do distribuovaných výpočtů by spousta výpočetního výkonu světa zůstala zcela navyužita a přitom může například zachránit tisíce lidských životů, objevit dosud neznámé prvky, či dokonce nalézt mimozemskou civilizaci.
Princip distribuovaných výpočtů vychází z jednoduché úvahy. Je nepoměrně levnější rozeslat malé části dat milionům počítačů na světě, než mít několik velmi drahých a náročných superpočítačů. Když si uvědomíte, že na světě jsou miliony počítačů, které využívají minimum svého výkonu, tak se tu naskýtá obrovská výpočetní síla.

Přehledná tabulka náročnosti jednotlivých projektů
 

23.08.2007 - Boinc Manager - pomozte výzkumu

Zůstává Váš počítač často nevyužitý? Věnujte část jeho výkonu některé vědecké organizaci a podpořte tak výzkum struktury bílkovin, rakoviny nebo třeba mimozemských civilizací. Vyberte si prostřednictvím Boinc Manageru.

Instalace a vzhled

Aplikace je distribuována prostřednictvím samorozbalujícího se balíčku, jehož velikost činí necelých 5 megabytů. V průběhu instalačního procesu je nutné zvolit typ instalace (to v závislosti na tom, zda budeme program využívat sami nebo jej sdílet s ostatními uživateli dané pracovní stanice), umístění programu a tvorbu zástupců. Program je lokalizován do češtiny, překlad je proveden korektně.

Vzhled programu je pojat minimalisticky, důraz je kladen na co největší přehlednost a intuitivnost ovládání. V levé části okna jsou umístěny veškerá tlačítka nutná ke správě projektů, v části pravé jsou pak vypsány projekty samotné. Prostřednictvím záložek umístěných v horní části přecházíme k dalším součástem programu.

Podílíme se na výzkumu
Ihned po spuštění programu můžeme zvolit, kterého z projektů se chceme zúčastnit. Na výběr je jich celá řada, díky Boinc Manageru můžeme současně podporovat několik z nich. U každého z projektů je odkaz na příslušné webové stránky, odpadá tedy problém s nedostatkem informací.

Po učinění výběru dojde ke krátké registraci, ve které zadáváme své jméno a email. Jméno bude zveřejněno na webu daného projektu společně s mírou našeho přispění, na email budou zasílány pravidelné novinky o průběhu výzkumu. Jestliže si přejeme zůstat v anonymitě, zadáme namísto jména alias, upozorňování skrze email lze taktéž zrušit.

Program Boinc Manager ke stážení zde.
Po úspěšné registraci započne stahování souborů nutných k iniciaci výpočtů (program tento proces označuje jako “získávání práce“), jejichž provedení je naším primárním příspěvkem danému projektu. Velikost jednotlivých souborů je zpravidla v řádech megabytů, výjimečně v desítkách stejných jednotek.

Nastavení
Boinc Manager umožňuje přesně specifikovat, kdy a za jakých okolností je možné využít části výkonu počítače. Je možné nastavit časový rámec provádění výpočtů (pokud nedochází k vypínání dané jednotky, ideální je zvolit noční hodinu, kdy stroj zpravidla nebývá vytížen) nebo připojování k Internetu (řada uživatelů nechce investovat tzv. rychlé megabyty a proto spouští program v době, kdy má zapnuté FUP).

Možné je taktéž navolit, jak velké místo na našem disku může program využít ke svému účelu nebo maximální procenty vyjádřené využití našeho CPU. Pod záložkou Zprávy nalezneme všechny důležité informace přicházející ze strany daného serveru, aplikace obsahuje taktéž statistiky, ve kterých nalezneme veškerá relevantní data (např. jakou část našeho disku zabírají soubory nutné pro výzkum jednotlivých projektů).
 

Zhodnocení
Při vyvarování se hodnocení kvality a prospěšnosti jednotlivých výzkumů nelze nekonstatovat, že Boinc Manager poskytuje kvalitní nástroj pro jejich správu. S jeho pomocí lze prostřednictvím uživatelsky příjemného prostředí spravovat více projektů najednou, nebo zvolit alternativní, v případě, že primární dočasně neposkytuje data pro další zpracování. Program je pochopitelně zdarma.
 

02.07.2007 - Stardust@Home

Pouzdro sondy Stardust se po téměř sedmi letech putování Sluneční soustavou a 4,63 miliardách nalétaných kilometrů vrátilo 15.1.2006 zpět k Zemi, aby zde vysadilo svůj cenný náklad. Oč se jednalo a jak můžeme vědcům v bádání pomoci se dozvíte právě v tomto článku.

Putování sondy Stardust

Americká kosmická sonda Stardust za téměř 168 miliónů dolarů odstartovala pomocí nosné rakety Delta 2 z kosmodromu Cape Canaveral 7.2. 1999. Téměř po dvou letech (15.1. 2001) provedla průletem kolem Země ve vzdálenosti 6.012km gravitační manévr, který byl nutný ke změně parametrů dráhy sondy pro její další let.

Start rakety Delta II 7.2.1999.

Dne 2. ledna 2004 ve 20:44 SEČ prolétla sonda ve vzdálenosti 240 km kolem jádra komety Wild 2 rychlostí 6,1 km/s (tj. 21.960 km/h) a pořídila několik kvalitních snímků, které vyslala na Zem. Průměr kometárního jádra se odhaduje na 5,4 km. Radiový signál potřeboval k překonání vzdálenosti 389 mil. km mezi kometou a Zemí 22 minut.

Jádro komety Wild 2.

Hlavním cílem mise Stardust však bylo odebrání vzorků kometárního materiálu z komety Wild 2, kterou 6. ledna 1978 objevil astronom prof. Paul Wild (Astronomical Institute, Bern, Švýcarsko). V té době se nacházela ve vzdálenosti 181 mil. km od Země. Původně kometa obíhala kolem Slunce v prostoru mezi drahami planet Jupiter a Uran. Dne 10. září 1974 prolétla kolem Jupiteru ve vzdálenosti 897.500 km a ten svým gravitačním polem dráhu komety změnil a nasměroval ji do vnitřních oblastí sluneční soustavy. Nyní se ke Slunci přibližuje o něco více než planeta Mars a vzdaluje se těsně za dráhu Jupitera. Jeden oběh kolem Slunce trvá 6,39 roku.

Snímky jádra komety Wild 2 při nejtěsnějším průletu sondy.

Před vstupem do zemské atmosféry se návratové pouzdro o hmotnosti asi 50 kg oddělilo od vlastní kosmické sondy Stardust (15.1.2006). Do atmosféry pouzdro vlétlo nad Tichým oceánem ve výšce 125 km rychlostí 12,8 km/s (46.180 km/h). To je největší rychlost, jakou kdy přistával objekt vyrobený člověkem. Pouzdro klesalo k zemskému povrchu volným pádem. Při brzdění kometární vzorky před extrémním žárem a shořením uchránil aerodynamický štít, který pohltil 99 % pohybové energie. Stabilizační padák se otevřel ve výšce 32 km a ve výšce 3 km hlavní padák, na kterém pouzdro během 10 minut přistálo. Vzorky byly následně dopraveny do speciální laboratoře NASA v Johnson Space Center, Houston, kde byly uloženy v ochranné atmosféře a nyní jsou studovány.

V průběhu letu ke kometě 81P/WILD 2 byla „raketa“ svou opačnou stranou vystavena prachovým proudům a prováděla sběr mezihvězdného materiálu, který proniká do naší sluneční soustavy z mezihvězdného prostoru. Podle astronomických teorií tyto proudy obsahují prachové částečky vyvržené ze vzdálených hvězd při jejich zániku. Mezihvězdný prach, tvořený mikroskopickými částicemi anorganických i organických látek, podle některých teorií mohl v minulosti přispět i ke vzniku života na Zemi. Sběr mezihvězdného prachu probíhal v obdobích od února do května 2000 a od srpna do prosince 2002. Z prachových detektorů, které byly umístněny například na meziplanetárních sondách Galileo či Cassini, už astronomové vědí, že takové částice skutečně existují. Je jich ale extrémně málo.

Tito rudí veleobři s hmotnostmi převyšujícími 20 hmotností Slunce jednou vybuchnou jako supernovy a do okolního vesmíru rozptýlí spostu mikroskopického prachu.

Další sběr částic poté nastal u samotné komety Wild 2. Během přiblížení ke Slunci se z jádra komet, které jsou Sluncem zahřívány, uvolňují plynné a prachové částice. Přibližně po tisíci průletech kolem Slunce jádro komety ztratí většinu těkavých látek a přestane vytvářet kómu (plynný obal kolem jádra komety). Kometa Wild 2 ztratila prozatím jen velmi málo těkavých látek, protože uskutečnila teprve 5 oběhů kolem Slunce. Vědci se rozhodli tyto uvolňované částice zachytit a dopravit do pozemních laboratoří. Při sbírání částic se používal křemičitý aerogel, což je řídká netečná mikroporézní látka, která umožnila zachytit relativně rychlé částice bez velkých změn jejich fyzikálních a chemických vlastností. Hustota tohoto materiálu je 1.000krát nižší než hustota skla, proto je někdy nazýván "tuhý kouř".

Kresba sondy Stardust se vztyčeným „lapačem“ prachu ve tvaru tenisové rakety.

K odběru kometárních částic byl vyvinut speciální "lapač", tvarem připomínající tenisovou raketu. Aerogel byl na sběrači připevněn v řadách hliníkových buněk. Jedna strana sběrače byla vystavena mezihvězdnému prachu, druhá byla použita pro shromáždění kometárních vzorků. Do tohoto zařízení byla zachytávána prachová zrníčka o velikosti 1 až 300 mikrometrů a předpokládá se, že se mohlo zachytit až 10.000 prachových částic. Po nabrání všech vzorků sonda aerogel zapečetila a vyslala v návratovém pouzdru na Zem.

Vzorky by měli obsahovat kometární částice, které ukrývají jedinečné chemické a fyzikální informace z období vzniku planet a o veškerém materiálu, který nás dnes obklopuje. NASA očekává, že většina sebraných částic nebude větších než třetina milimetru. Pro studium však vědci budou tyto částice ještě dále dělit. Astronomové věří, že mise Stardust jim pomůže najít odpovědi na základní otázky o původu sluneční soustavy. Doufají, že důkladná pozemská analýza kometárních vzorků odhalí mnoho nejen o samotné kometě, ale i o nejranější historii sluneční soustavy a vzniku komet.
 

Další výsledky mise Stardust

Dne 2. listopadu 2002 proletěla meziplanetární sonda Stardust kolem planetky (5535) Annefrank. Setkání, které sloužilo především k otestování všech systémů sondy, přineslo i vědecké výsledky. Na snímcích, které sonda pořídila ze vzdálenosti asi 3.300 km sice nelze rozlišit detaily povrchu planetky, ale ukázalo se, že planetka je 2krát větší než se čekalo a mnohem tmavší (největší rozměr okolo 8 km).

Planetka pojmenovanou po oběti holokaustu Anne Frankové.

Planetka, kterou objevil v březnu 1942 německý astronom Karl Reinmuth a patří do hlavního pásu planetek mezi Marsem a Jupiterem, je pojmenovaná podle oběti holocaustu Anne Frankové, která si vedla slavný deník.

Co s nasbíraným materiálem?

Pouzdro sondy SIDC (Stardust Impact Dust Collector) obsahuje spoustu prachových zrnek, nicméně tato zrnka mohou být nalezena jen za pomoci mikroskopických snímků s velkým zvětšením. Každý snímek pokrývá oblast menší než zrnko soli a vzhledem k tomu, že celý SIDC má kolem 1000cm^2, bude potřeba 1,6 milionu snímků.

Částečky nelze najít automatickými systémy. Běžně se tyto problémy řeší tak, že se vezme automatický mikroskop, který udělá dva snímky z různých hloubek vzorku. Snímky následně vyhodnotí počítač a určí, jestli tam je stopa po impaktu nebo ne. Zde však jsou všechny částečky v nejsvrchnější vrstvě aerogelu, kde je gel rozlámán a je na něm mnoho kazů, méně než 0,1milimetru hluboko. Bylo nutné vyvinout sofistikované algoritmy, které stopy po zrnkách oddělí od kazů. Nejprve je ovšem potřeba udělat řádnou analýzu těchto prachových částeček a vzhledem k tomu, že Stardust je první sonda která je přivezla, nikdo neví, jak přesně budou vypadat. V současnosti je známa jediná metoda, kterou je možné tyto částečky najít, a tím je lidské oko. To dokáže s trochou tréninku stopy po částečkách snadno rozlišit od kazů.

Projekt Stardust@Home
 

Současné odhady hovoří o tom, že sonda „polapila“ kolem 50 mezihvězdných prachových zrníček. Ve srovnání s tisíci či snad dokonce milióny zrníček pocházejícími z komety, které se nacházejí v jiné části detektoru, je to naprosto nepatrné množství. Pro vědce je to ovšem srovnatelně cenný materiál.

Mikroskopický skener pořizuje snímky jednotlivých částí aerogelu, které jsou nabídnuty dobrovolníkům pro hledání zachycených částic mezihvězdného prachu.

Astronomové hned přišli s názornou analogií. Hledání těchto zrníček v aerogelu je srovnatelné s pátráním po 50 mravencích na ploše fotbalového hřiště, nebo pověstné jehly v kupce sena. Převedeno do časového měřítka by to znamenalo asi 20 let práce vědeckého kolektivu. Takového výkonu není jedinec ani kolektiv v relativně rozumném časovém obzoru schopen. Vědci se proto rozhodli - inspirováni například úspěšným projektem SETI@home zapojit do pátrání po prachových částicích širokou veřejnost. Zájem dobrovolníků o registraci krátce po oznámení projektu Stardust@home je nezklamal. Celkem se zatím přihlásilo na 200 tisíc lidí. Hledání probíhá následovně. Automatický mikroskop udělal 1,6milionů snímků o rozměrech 260×340µm. Každý snímek má 10% překrytí se sousedním snímkem a u každé plošky udělal 40 snímků, které jsou zaostřeny do jiné hloubky (od 20µm od povrchu až po 100µm od povrchu) a z nich byl vytvořen krátký film (shot). Pouze stopa, která je patrná souvisle přes větší množství těchto snímků je kandidát na stopu po reálné částici.

Snímek prachu zachyceného v aerogelu.

Projekt se ovšem musel nejdříve vypořádat s nečekanými problémy. Mikroskopický skener, který měl posloužit k pořízený digitálních snímků řezů aerogelem, nebyl schopný přesného zaostření. Povrch jednotlivých řezů je totiž hrubší než se původně čekalo. Vyřešení problému si vyžádalo několik měsíců času a vedlo ke zpoždění startu projektu. K tomu nakonec došlo 3.3.2006, kdy si dobrovolníci mohli stáhnout první snímky.
Výzkumníci z University of California v Berkeley jich prozatím dali na internetu k dispozici na 400 tisíc. Skenování bude i nadále pokračovat a předpoklady hovoří o tom, že skončí nejdříve na konci roku 2007, kdy bude k dispozici na 700 tisíc snímků. Dobrovolníci, kteří mezitím prošli určitým tréninkem, tyto obrazy prohlížejí a hledají na nich stopy, které zanechaly mezihvězdné částice. Každý obrázek prohlédnou čtyři lidé. Pokud dva z nich identifikují prachovou částici, bude nabídnut další stovce hledačů. V případě, že 20 z nich opět identifikuje přítomnost částice, bude snímek předán vyškoleným vysokoškolským studentům. V případě potvrzení objevu budou mít původní objevitelé právo přidělit částici označení. „Objevitel“ zrna má rovněž zaručeno spoluautorství všech publikací, které budou dané prachové částici vypracovány.
Zajímavé je, že nikdo přesně neví, co vlastně hledat. Jak přiznává ředitel projektu Andrew Westphal: „Nevíme jak typické interstelární prachové zrno vypadá.“ Nicméně zkušenost s analýzou kometárního prachu z opačné části lapače i předchozích experimentů napovídá, že tato zrna by se v aerogelu měla prozradit zužujícím se maličkým tunelem ve tvaru mrkve, na jehož konci je samotná částice zachycena.

Dvě stopy vzniklé po průniku částic do detektoru vyplněného aerogelem. Aerogel je z 99,8% tvořen vzduchem.

Zrna mezihvězdného prachu byla zatím nalezena pouze v meteoritech. Tato zrna ale už prošla určitým „přepracováním“ a nejsou tedy originální. Předně byla zachycena a stlačena do mateřského tělesa meteoritu. A při extrakci z meteoritu v laboratoři byla vystavena různým rozpouštědlům a dalším nástrojům. Naopak zrna zachycená v aerogelu by měla být zcela nepozměněná.

Nejprve je třeba se zaregistrovat. Při registraci budou vaše schopnosti a užitečnost pro projekt otestovány přímo na 10 vzorových filmech. Pokud alespoň 8 z 10 vyhodnotíte správně, ukáže se vám okno kde si budete moct vyplnit své registrační údaje a zapojit se do ostrého hledání. Pokud budete mít více než 2 špatné odpovědi, můžete se o registraci pokusit znovu.

Pohledu na část aerogelu se zachycenou částicí.

Boční řez aerogelem, kde je jasně znázorněn průběh dráhy částice.

Vyhledávací panel - horní část:
Percent of images loaded: Procento načtení obrázků daného shotu
Images loaded for next movie: Obrázky načtené pro příští shot

Vyhledávací panel - pravá část:
V pravé části se nachází doostřovací stupnice a několik tlačítek
No Track: Toto tlačítko slouží k označení obrázku, na kterém se nenachází žádná prachová částice, ovšem je kvalitní a lze jej doostřit
Bad Focus: Tlačítko pro určení špatně zaostřeného obrázku
Examples: Po kliknutí na toto tlačítko, se vám ukáží vzorové snímky, s výskytem různých možných situací, se kterými se můžete při vyhledávání setkat a popis toho, jak je máte označovat. Dané možnosti si popíšeme názorně na dalších snímcích.

Po prohlédnutí a zhodnocení každého shotu, se vám prohlédnutý obrázek započítá do statistiky a zároveň se případně započítá bod za správně/špatně zhodnocený obrázek. Kdykoliv se můžete v prohlížeči vrátit zpět a zjistit proč se vám například započítal bod za špatně zhodnocený film, ovšem opravit vaše volba již nelze.

Vzorová ukázka filmu s částicí:

Ukázka jak postupovat při hledání částice. Soustřeďte se na obrázek a myší pohybujte po modré stupnici nahoru a dolů. Při tomto pohybu nedržte žádné tlačítko myš.

TRACK: Doostření na úroveň 1 (nad povrchem, šipka ukazuje na předpokládanou stopu)
Uvědomte si že hledáme pouze mezihvězdný prach, nikoliv trhlinky v aerogelu, či jeho nalepené kousky.

TRACK: Doostření na úroveň 2 (na povrchu – surface)
Skutečná částice má hodně typickou dráhu.

TRACK: Doostření na úroveň 3 (pod povrchem)
Tato částice je tak velká, že ji můžete snadno vidět na konci její dráhy.

TRACK: Doostření na úroveň 4
Takováto prachová částice je větší než si původně vědci z projektu představovali, že by sonda mohla zachytit.

TRACK: Doostření na úroveň 5
Jestli uvidíte takovouto dráhu tak ji hned označte. Možná, že právě toto je jedna z hledaných částic, kterou před vámi ještě nikdo jiný nenašel.

BAD FOCUS, above surface (špatně zaostřené, nad povrchem)
Toto je špatně zaostřený snímek, který při jakémkoliv posouvání po modré stupnici nelze doostřit. U takového snímku stiskni ,,BAD FOCUS,, pro jeho označení. Špatné snímky se následně budou snímat znovu.

TILTED SURFACE (skloněný povrch):
Občas automatizovaný mikroskop má problém sejmout přesně shot tak, aby nedošlo k odrazu světla od aerogelu. nebo dojde ke špatnému úhlu sejmutí, tak jako v tomto případě.

TILTED SURFACE (snaha o doostření):
Ani při největší snaze doostřit celou plochu, se vám to nepodaří. Takovýto snímek je třeba označit jako ,,BAD FOCUS,, aby došlo k jeho novému sejmutí.

Fragment aerogelu:
Ukázka nejčastějšího omylu. Takovýto předmět si hodně lidí plete s dráhou částice, ovšem není tomu tak. Je to příklad zlomku aerogelu, který při průniku některé částice odlétl a v jiném místě na aerogelu ulpěl. Při doostřování se neukazuje dráha částice, ale jen v posledním okamžiku se najednou objekt objeví.

Dust (prach):
Toto je příklad trhliny v aerogelu. Pokud na takovémto snímku nenaleznete žádnou částici ani žádnou jinou vadu, klikněte že na něm nic není: ,,NO TRACKS,,. V žádném případě neoznačujte tento snímek jako špatný.

Scratch (poškrábání):
Zde je příklad rýhy v aerogelu, nikoliv dráhy průniku částice. Ačkoli aerogel byl před umístěním do sondy důkladně prozkoumán, po návratu se na něm bohužel z dosud neznámých důvodů takovéto rýhy místy vyskytují. Pokud na takovém snímku nenaleznete žádnou jinou částici ani žádnou další vadu, klikněte že na něm nic není, tedy ,,NO TRACKS,,. V žádném případě neoznačujte takovýto snímek jako špatný.

Dust on camera (smítko na kameře):
Toto je na snímcích poměrně běžný kaz, ke kterému dochází zachycením smítka na kameru. Posouvání ohniska kamery nemá žádný vliv na zobrazení takovéto částečky, podle čehož se i pozná že se nejedná o objekt v aerogelu. Pokud na takovémto snímku nenaleznete žádnou jinou částici a ani žádnou vadu, klikněte že na něm nic není: ,,NO TRACKS,, . V žádném případě neoznačujte takovýto snímek jako špatný.

Ukázka uživatelské statistiky:
Calibration Movies Answered Correctly: Správné odpovědi na kalibrační shoty/ filmy
Calibration Movies Answered Incorrectly: Nesprávné odpovědi na kalibrační shoty/ filmy
Your Overall Score: Vaše celkové skóre
Total Real Movies Viewed: Prohlédnuto skutečných shotů/filmů celkem
Your Rank: Vaše pořadí
Specificity: Přesnost /chybovost
Sensitivity: Citlivost
 

Dle poměru chybně a správně označených filmů se počítá i procentuální ukazatel vašeho účtu, tedy jak dobře dokážete filmy přečíst. Pokud prý bude v konečné fázi projektu nutné podrobně prozkoumávat některé snímky, tak právě účastníci s nejlepší rozlišovací schopností dostanou při průzkumu přednost.

26.06.2007 - Skin CNT pro BOINC Manager

Chcete aby váš BOINC Manager byl v našich národních barvách a bylo i podle jeho vzhledu jasné za který tým počítáte?

První oficiální verze BOINC Managera která podporovala možnost nahrání jakéhokoliv Skinu byla 5.8.8. Od této verze by neměl být problém s použitím tohoto našeho týmového vzhledu jeho prostředí. Na starších verzích (krom některých testovacích) vám to nepojede.

Postup instalace :
1) Nejprve si stáhněte Skin CNT
Naleznete jej přímo na našem webu v sekci Download.
2) Archív si uložte kam se vám to bude hodit (například na plochu). V archívu se nachází veškeré soubory které budete potřebovat.
3) Vypněte Boinc Managera, tím se vypnou výpočty, ale toho se nebojte.
4) Celý adresář s instalací BOINC Managera si někam zazálohujte. To jen pro případ že by se instalace jakkoliv poškodila, tak abyste měli k čemu se vrátit.
5) V adresáři kde je nainstalován BOINC Manager (např. C:\Program Files\BOINC) vytvořte adresář skins (pokud již neexistuje). Do tohoto adresáře rozbalit archív cnt_boinc_skin.zip takže výsledná adresářová struktura bude : ....\BOINC\skins\CNT\graphic.
6) Spusťte Boinc Managera ve volitelném vzhledu.
Pokud je otevřen v Rozšířeném zobrazení, zvolit z menu Vzhled - Volitelný vzhled.

7) Stisknout tlačítko Preferences/Předvolby a po rozbalení poplistu Vzhled se objeví volba CNT. Zvolit CNT a dát Save/Ulož.


Tímto Skinem se do vaší instalace BOINC Managera zároveň integrují odkazy jak na naše týmové stránky, tak i na náš návod k programu, takže budete mít vše hezky po ruce. Stačí jen kliknout.

09.05.2007 - SIMAP

Souhrnný článek představující projekt SIMAP (Similarity Matrix of Proteins).

Úvod
Naše tělo se skládá z velkého množství molekul. Značnou část tvoří proteiny, bez kterých by tělo nemohlo fungovat. Proteiny jsou většinou obrovské molekuly, složené z menších stavebních částí, z aminokyselin. Proteiny se skládají z tisíců a v mnoha případech desetitisíců atomů. Pořadí aminokyselin v molekule proteinu kóduje jeho určitou funkci. Proteinů jsou tisíce druhů a jejich rozlišení je velmi složité. Problémem je, že v mnoha případech víme, že daný protein existuje, ale nevíme, k čemu slouží a jaká je jeho úloha v organizmu. Naštěstí jsou si mnohé proteiny podobné, většinou proto, že se evolucí vyvinuly jedny z druhých. To platí nejen pro druh Homo Sapiens, ale i vzájemně s proteiny z jiných organizmů. Například mnoho proteinů z myší je podobných proteinům lidským. Na základě této podobnosti dokážeme často úspěšně „uhádnout“ jejich funkci v těle.

Tři možné prezentace trojrozměrné struktury bílkoviny.

Co je SIMAP
SIMAP (Similarity Matrix of Proteins – Matice podobností proteinů) je databanka, kde jsou uloženy podobnosti všech dosud známých proteinových sekvencí. Lze si ji představit jako čtvercovou matici, kde na každé ze stran je uloženo více než 4 miliony proteinových sekvencí. SIMAP je svého druhu jediný projekt na světě, ve kterém budou skutečně zahrnuty všechny proteiny. ,,Konkurenční projekt“ – cluster při Evropském bioinformatickém institutu se zaměřil například pouze na zhruba 1/5 objemu dat SIMAPu. Další projekty, jako je Rosetta, Predictor a Folding zkoumají, jak se proteiny vyvíjejí a hledají jejich nejlepší chemickou strukturu, kdežto SIMAP se zaměřuje pouze na analýzu již známých proteinů a zkoumání jejich funkce. Vedení projektu předpokládá, že proteiny s podobnou sekvencí aminokyselin budou mít i podobnou funkci.
Zjistíme-li podobnost určitého úseku dvou proteinů a experimentálně poznáme funkci jednoho z nich, předpokládáme možnost i bez experimentů zjistit, k čemu slouží druhý protein jen na základě výpočtů. To má neocenitelný význam, protože experimenty v biologii jsou časově i technicky náročné, drahé a také proteinů je obrovské množství.
Boinc a jeho výpočetní kapacita může velmi výrazně rozšířit náš obzor v oblasti funkce proteinů a také pomoci výrazně urychlit získávání těchto znalostí. Asi není třeba příliš zdůrazňovat, že znalost funkce proteinů má nenahraditelný význam například pro vývoj léků.

Molekulový povrch několika bílkovin znázorňující srovnání jejich velikosti.Z leva doprava to jsou: Protilátka (IgG), Hemoglobin, Inzulín ( hormon), Adenylate kináza ( ferment) a Glutamine syntetáza ( ferment).

Komu prospěje SIMAP?
Podobné proteiny jsou často stejné nebo obdobné povahy a stejných nebo obdobných funkcí v organismu, které se v průběhu evoluce jen pozvolna měnily. Již nyní známe mnohem více proteinových sekvencí, než je možné laboratorně podrobně zkoumat. Výsledky experimentálních znalostí o proteinech budou také s těmito podobnostmi zveřejněny. Dobrým příkladem je například intenzivní výzkum myších genů a proteinů, jehož výsledky jsou platné též pro lidi. Dále jsou tyto výsledky přínosem i pro mnoho dalších výzkumů v bioinformatice, které jsou postavené na podobnosti proteinů. Proteinová databanka dává všechny tyto metody vypočítaných podobností všech známých proteinů k dispozici. SIMAP bude pravidelně aktualizován a veškeré nově příchozí sekvence budou do databáze integrovány. SIMAP je pro výzkum a výuku k dispozici zcela zdarma.

Část bílkovinové struktury znázorňující serin,alanin a pouta peptidů. Uhlíky jsou znázorněny bíle a vodíky jsou vynechány pro lepší znázornění.

Kdo vytvořil SIMAP?
SIMAP je společný projekt GSF-Forschungszentrums für Gesundheit und Umwelt (Národní výzkumné centrum pro zdraví a životní prostředí) se sídlem v Neuherbergu u Mnichova a Technischen Universität München (Centrum pro vědy o životě a potravinách Technické univerzity v Mnichově). Styčným partnerem je Thomas Rattei z katedry bioinformatiky genomů. Problematika porovnávání sekvencí proteinů je velmi důležitá a populární. Proto se jí také věnuje vícero pracovišť na světě.

Myší protilátka proti choleře.

Důležitá data projektu:
Květen 2005 – Spuštění projektu pod systémem BOINC.

12.05.2006 – SIMAP dokončil první fázi projektu a hned přešel do druhé. Tímto dnem tedy SIMAP dokončil základní veřejnou databázi Similarity Matrix of Proteins (Podobnostní matice proteinů), která byla sestavena ze všech veřejných databází proteinů. Ovšem pouze na základě proteinů zanesených do databáze do března 2006. V další fázi bude projekt pracovat na průběžném doplňování nových proteinů. Jen za duben jich kupříkladu bylo 60.000. Každý z nich je potřeba porovnat s každým proteinem z databáze.

15.06.2006 – Tento den byla zveřejněna optimalizovaná aplikace projektu (vytvořil ji Akosf - programátor z Maďarska). Výsledkem bylo zrychlení výpočtu o 30 %. Koncem června 2006 pak vyšla nová oficiální aplikace, do které byla optimalizace implantována.

15.11.2006 – Projekt SIMAP dokončil všechny plánované jednotky a databáze byla zaktualizována. Rychlé zpracování díky mnoha lidem, kteří se do výpočtů zapojili, bylo překvapením i pro samotné tvůrce projektu.

Bílkoviny v různých buněčných odděleních a strukturách.

Současnost
Projekt od roku 2007 přechází do „periodického“ režimu. Vždy jednou za měsíc by měla být uvolněna série jednotek, která bude postupně distribuována. Jakmile se tato zásoba vyčerpá, nebude mít projekt do dalšího doplnění databáze (což by mělo být jedenkrát za měsíc) pro registrované uživatele žádnou práci.
Proto je doporučováno (vedením projektu) všem jeho účastníkům, aby se na svých počítačích připojili ještě k některému ,,záložnímu“ projektu. Je totiž velice pravděpodobné, že jejich počítače zapojené pouze do projektu SIMAP by byly třeba půl měsíce bez práce. Byla by velká škoda nevěnovat tento nevyužitý výkon jinému projektu pod systémem BOINC.

NMR struktura bílkoviny cytochrome. Znázorněna stále se měnící dynamická struktura proteinu.

18.02.2007 - Malaria Control.net - článek na pokračování: část č.3

Popis projektu, složení modelů a jejich výsledky.

Co je MalariaControl.net?
Simulace obsahující přenosovou dynamiku této nemoci, její průběh a možnosti léčby jsou důležitým nástrojem pro kontrolu šíření malárie. Mohou být užívány pro zvolení optimální strategie - například pro použití moskytiér, chemoterapii, nebo nových vakcín, které jsou právě ve vývoji či ve stádiu testů. Takové modelování je extrémně náročné a intenzivní, vyžadující simulace velké lidské populace s různorodým souborem parametrů souvisejících s biologickými i sociálními faktory, které ovlivňují šíření nemoci.
Švýcarský tropický institut vyvinul počítačový model pro kontrolu šíření epidemie malárie a do přípravné studie zapojil 40 počítačů, které pro tento výzkum dostal k dispozici. Při přípravách se zjistilo, že bude třeba podstatně více výpočetního výkonu, aby bylo možné potvrdit funkčnost takových modelů a aby bylo možné adekvátně simulovat kompletní soubor možných opatření a přenosové vzory významné pro kontrolu šíření malárie v Africe.
To byl hlavní impuls ke zrodu projektu MalariaControl.net, který má za úkol spojit dobrovolně vložený výpočetní výkon tisíců lidí z celého světa za účelem pomoci zlepšit schopnost výzkumníků předpovídat a snad postupně získat kontrolu nad šířením malárie v Africe.
Dle dřívějších zkušeností se očekává , že aplikace dokončí úvodní výpočty při zapojení tisíců dobrovolníků a jejich počítačů během několika měsíců. Jen tyto výpočty by byly na výpočetním výkonu který mají k dispozici vědci, kteří vyvinuli aplikaci, dokončeny nejdříve za 40 let.
Soudě podle dřívějších zkušeností většina takto poskytnutého dobrovolnického výpočetního výkonu přijde zejména ze států Severní Ameriky a Evropy. Hlavním cílem AFRICA@home je zapojit africké univerzity a instituce do vývoje a provozování aplikací, které budou běžet na tisících dobrovolně připojených počítačích po celém světě.

Členové týmu Africa@Home z CERNu.
Z leva: Francois Grey, Bakary Sagara, Christian S?ttrup, Rosy Mondardini, Jacques Fontignie, Ben Segal, William Kamden.

Jak pracuje MalariaControl.net ?
Matematické modely jsou důležitým nástrojem v boji s infekčními onemocněními. Malárie byla jedna z prvních infekcí, k jejímuž potlačení byly použity matematické modely. Již v 19. století Ronald Ross (průkopník ve vytváření matematických modelů) viděl velký potenciál v modelování šíření malárie a následném použití těchto modelů v boji proti malárii. Proto to byl právě on, kdo vyvinul první matematický model pro boj s touto nemocí.

Pravděpodobný dopad modelování šíření malárie byl obecně odvozený ze zkušebních klinických výsledků. Malý počet porovnatelných výsledků a výrazně odlišné druhy malárie vedly nevyhnutelně k dlouhodobému zjišťování možného dopadu opatření na šíření nemoci. Tyto překážky vedou ke zpomalení vývoje, přizpůsobování strategie v boji s nemocí a seřazení postupů podle důležitosti oblastí výzkumu.

Charakteristické rysy jednotlivých infekcí
Model, který se použije v předpovídání šíření malárie a jeho dopadu na populaci, v sobě musí obsahovat co nejpřesnější popis průběhu jednotlivých infekcí Plasmodia.

Členové týmu STI (Swiss Tropical Institute) z Ženevské univerzity.
Z leva: Josh Yukich, Tom Smith, Wilson Sama, Amanda Ross, Lucy Ochola, Nicolas Maire.

Krátkodobé účinky na jedince
Očkovací látky mohou ovlivnit konkrétní výsledky, tedy odolnost očkovaného jedince vůči infekci. Nemají však žádný významnější pozitivní dopad na šíření infekce. Účinek vakcíny jednoduše sníží sílu infekce v krátkodobém důsledku, i riziko úmrtnosti, ovšem vzhledem k odolnosti parazita a jeho schopnosti přizpůsobení se očkovacím látkám, nedochází z dlouhodobého hlediska ke snížení nákazového poměru.

Dlouhodobé účinky a jejich dopad
Uvedení insekticidů, kterými se ošetřují sítě, vyvolalo rozsáhlou diskuzi o možných dlouhodobých účincích, související zejména s problémy, které mohou nastat ve vztahu sledování účinků očkovacích látek a dopadem použití insekticidů na výsledky těchto sledování.
Dlouhodobé účinky očkovacích programů je možné nyní kvůli tomu předpovídat ještě obtížněji. Od té doby proběhly terénní pokusy několika očkovacích látek proti malárii, například i zkoušky vakcín na loveckých psech. Bohužel se musela vzít v úvahu jen data, která mohla být naměřena během 6-18 měsíců po užití očkovací látky, jelikož po delší době už nemohou být jednoduše vyvozeny výsledky takovýchto zkoušek. Výsledky očkování se mohou ale projevit až po delší době po očkování. Toto může nastat například v případě, kdy dojde k efektu přirozeného posilování organismu. Nebo naopak, očkování může mít u některých jedinců pouze za následek prodloužení průběhu nemoci a následného úmrtí.
Epidemiologické modely musí zvažovat i závislosti průběhu nemoci u různých jedinců. Například zkoušky na loveckých psech jsou obecně navrženy s cílem přímo chránit jedince buď před infekcí nebo v prvních fázích průběhu nemoci, neberou ale v potaz širší vliv na přenos.
Vzájemná závislost hostitelů bude zařazena do pozdějších malarických modelů jako jeden z hlavních prvků.

Struktura malárie v modelech MalariaControl.net
Švýcarský tropický institut vyvinul nové modely pro mnohočetné předpovědi potenciálního dopadu očkování proti P. maligní terciáně. Hlavní součást těchto modelů je stochastická (náhodná) simulace epidemiologie P. falciparum, která připojuje další „pohledy zevnitř“ z dalších hostitelských modelů, ale je implementovaná nezávisle na nich. Švýcarský institut využíval pro tyto modely simulování výsledků z nedávno (v roce 2004) dokončených zkoušek malarických očkovacích látek RTS,S/AS02, které se uskutečnily na dospělých lidech v Gambii a dětech ve věku 1-5 let v Mosambiku.
Model také zároveň zpracovával předpověď potenciálního dopadu použití takové vakcíny na šíření epidemie a její rentabilitu. Pro vytvoření těchto předpovědí vědci vložili do modelu propočet dat pro zdravotní systém, který je aktuální v daném místě a který je velkou měrou ovlivněn nízkým příjmem obyvatel, k čemuž jim i značně pomohla data z Tanzanie.
Navíc Švýcarský tropický institut udělal také pokrok ve výzkumu vývoje během hostitelské fáze malárie. Tato práce má za cíl doplnit dřívější hostitelské modely, výslovně se zaměřuje na pohledy týkající se modelování očkování, jehož výstupní informace budou užitečné pro epidemiologické modely. Hostitelské modely obsahují data z léčby malárie od pacientů a směřují k závěrům, které se zvláště týkají modelování nepohlavního krevního stadia vakcinace.
Tyto modely reprezentují jeden velký celek spojený z několika vzájemně propojených specifických modelů, které slouží jako nový důležitý nástroj pro další plánování kontroly šíření malárie a vývoje očkovacích látek. Do těchto modelů jsou vkládána aktuální data a mají velký rozsah nastavení, aby mohly být pohotově přizpůsobeny konkrétním požadavkům. To umožní ovlivňovat epidemiologický a ekonomický dopad a snížit tím velké břemeno malárie. Vzhledem k složitému životnímu cyklu původce malárie a stále ještě některým mezerám v našich současných znalostech jsou v modelech základní omezení napojená na některé z jejich součástí, které postupně ovlivňují celkové modelové výsledky.

Pro dosažení co nejpřesnějších výsledků, založených na komplexních simulacích obyvatelstva, je třeba modely pro kontrolu šíření malárie stále ještě vyvíjet. Ovšem již nyní reprezentují důležitý nový nástroj při plánování opatření i při vývoji vakcíny. Umožňuje zároveň vědcům na základě výsledků velice pohotově přizpůsobit účinnost a rentabilitu dalších zákroků zaměřených na jednotlivé nebo kombinované zdroje infekce. Tímto umožňuje integrovat epidemiologické a ekonomické aspekty při rozhodování v dalších krocích při redukci nesnesitelného břemene jménem malárie.

Aktuální problémy malarické nemocnosti a úmrtnosti (zvláště v subsaharské Africe) jsou tak velké, že má význam sledovat i zákroky, které upravují průběh nemoci u velkého počtu jedinců bez jakýchkoliv účinků na přenos.
Účinky jednotlivých opatření na přenos a šíření nemoci by neměly být ale v modelech ignorovány a je potřeba, aby byly součástí modelu, ve kterém budou zahrnuty i nezávislé účinky.

Strategie epidemiologického modelování
Důležité je, aby modely simulovaly procesy, které mohly být ovlivňovány vakcinací a také zachycovaly vztahy mezi těmito procesy a výsledky z veřejného zdravotního výzkumu. Pro současné modely jsou použity jako vstupní data sezónní výkyvy přenosu a výsledkem je předpověď, ze které vyplývá nákazový poměr lidí. Dále je zvažováno, jestli tento vztah může být ovlivněný přirozeně získanou imunitou či očkováním.

Imunitní variace modelu
Švýcarský tropický institut vloží empirický popis hustoty vnitřních hostitelských nepohlavních parazitů do každého modelu pro nastavení úrovně infekčního procesu a ten nám dá pravděpodobnou (stochastickou) předpověď, jaký bude mít vliv období průběhu nemoci na účinnost imunitního systému, tedy jak bude reagovat na jednotlivé hustoty parazita. Dále také bude simulovat tyto reakce imunitního systému vůči polo-imunnímu hostiteli. Tento model testu imunity poskytne přímý základ pro analyzování možných účinků vakcín a posune znalosti pro správnou analýzu možných efektů, které by mohly mít skryté funkce v podobě například pouhé redukce parazitické hustoty v organismu.

Dále též probíhá analýza vztahů mezi hustotou nepohlavních parazitů a jejich nakažlivostí ke vzorku pacientů v průběhu léčby malárie za účelem odvodit model pro zjištění přenositelnosti na komáří hostitele a z nich na další jedince. Tento vztah je užíván pro simulaci blokování přenositelnosti prostřednictvím různých vakcín. Takto vytvořené simulované populační šíření parazitů umožňuje předpovídat rozsah šíření a dopad na lidskou populaci v dané lokalitě.
Důležité jsou tyto výsledky také pro možnost vyhnout se použití takových prostředků, které mají nevhodný poměr mezi množstvím vynaložených financí a jejich epidemiologickými výsledky.

Ukázka grafiky projektu

Postup simulace
Institut využívá jednotlivě vytvořené simulace s pětidenními časovými intervaly pro zpracování modelu epidemiologie P. falciparum. Tento přístup umožňuje modelovat obyvatelstvo z možných již infikovaných hostitelů a každého charakterizovat souborem nepřetržitých a statických proměnných (parazitických hustot, délky trvání nákazy a imunitní proměnné pro individuální hostitele). Takovýto komplexní model poskytuje přesnější prognózy o vzájemném ovlivňování mezi jednotlivými hostiteli než by umožňovalo použití oddělených modelů. Nevýhoda je v tom, že je tato metoda výpočetně hodně náročná. Použit byl programovací jazyk FORTRAN.

Ukázka grafiky projektu

Složení modelu
Při výpočetních nárocích a složitosti vhodného procesu se zjistilo, že by nešlo provést výpočet pro celkový model a pro všechna data současně, proto jsou data rozdělena na jednotlivé, mnohem menší a méně náročné sub-modely. Výsledky těchto sub-modelů slouží k předpovědím kvantifikujícím vztah mezi šířením nemoci a skutečným výsledkem.
Každý sub-model je tak postavený na odhadech parametrů z výsledků modelování v institutu v daném procesu. Tento přístup přináší možnost zpracovávat klinická data pomocí dynamických modelů. Tyto modely ve výsledku slouží pro předpovídání lokálního dopadu epidemie i ke zvolení nejefektivnějšího a nejekonomičtějšího zákroku proti ní.

Struktura projektu je založena na základní rovnici epidemiologického modelu, která je postavena na šesti základních součástech:
1) nákaza lidského hostitele
2) charakteristické rysy ze simulovaných modelových infekcí
3) přenositelnost z hostitele zpět na komáry
4) aktuální procento nákazy v dané lokalitě
5) úmrtnost
6) chudokrevnost

Jsou výsledkem skutečná data?
Možné nepřesnosti v komplexních modelech jsou ošetřeny maximální možnou přesností všech vstupních dat, aby se modely dokázaly co možná nejlépe přizpůsobit realitě.
Institut má k dispozici pro nastavení jednotlivých částí modelu bohatou databázi a mnoho různých ekologických i epidemiologických nastavení.Tento přístup za použití statistických modelů využívajících metody mnohačetného opakovaní simulací vede k tomu, aby výsledkem byl co možná nejpřesnější předpověď. Švýcarský tropický institut upravil modely tak, aby byly použitelné pro veřejné zpracovávání pomocí distribuovaných výpočtů.

18.02.2007 - Malaria Control.net - článek na pokračování: část č.2

Jaké jsou dnešní možnosti boje proti malárii a výhled do budoucna.

Léčba – jak bojovat s Malárií?
V boji s parazitem jsme se příliš nevzdálili od prostředků, kterým se proti této chorobě v 16. století začali bránit středoameričtí indiáni. Jejich lék, chininová kůra, se jako zdroj účinných látek využívá na léčbu dodnes.
Malárii by šlo teoreticky úplně vymýtit. Vždyť dříve byla i v Evropě a dokonce až za polárním kruhem. Podařilo se však vyléčit posledního nakaženého člověka a nemoc tím pádem zmizela. Faktem jistě je, že v Evropě se nemoc nešířila tak rychle jako v Africe či jihovýchodní Asii.

Kolébkou malárie je Afrika, pravděpodobně nížinná oblast Etiopie, odkud se postupně rozšířila na další kontinenty. Zlikvidovala řadu armád včetně vojáků Alexandra Velikého, celou říši Khmérů a postihla i legionáře na Sibiři. V období po 2. světové válce byla nejúčinnějším prostředkem boje proti malárii bílá krystalická látka DDT, která hmyz účinně ničila. Později se však zjistilo, že působí jako jed i na člověka. Původce byl ale objeven a popsán teprve ve druhé polovině 19. století. Do té doby nemoc nazývali „mal aire“ čili špatný vzduch. Průběh nejen malárie, ale i jiných exotických nemocí, bývá u Evropanů atypický, takže zapomeňte na samodiagnózu, jejíž závěry bývají v těchto případech naprosto scestné.

V současné době umíme vyléčit malarický záchvat a v ranném stádiu nemoci i odstranit parazita z jater. Co však stále nedokážeme dokonale, je přerušení řetězce jeho životního cyklu. Kromě toho se ale hypotetických řešení, jak se s malárii vypořádat, nabízí více. Všechny však mají společného jmenovatele – peníze. Bylo by například možné, stejně jako kdysi v Evropě, zlikvidovat malárii tím, že se poslední člověk zbaví prvoka v krvi. Žádný komár se pak nebude mít kde nakazit. Při představě oněch stamiliónů nemocných a ještě více potencionálně nakažených, však tento způsob zřejmě nikdy nepřekročí hranici teorie. Jistou šanci dává objevení účinného preparátu, který by dokázal přerušit životní cyklus plasmodia dříve, než začne napadat červené krvinky. Při hledání nových léků je tedy potřeba rozlišit jednotlivé fáze cyklu parazita.
V současné době je předmětem nejrozsáhlejšího výzkumu tzv. cirkumsporozoitální antigen, který se vyskytuje na povrchu vřetenovitého stadia plasmodia zvaného sporozoit. Tímto stadiem parazita je infikován člověk po sání komárem. Úkol to však není lehký, původce choroby má velmi složitý životní cyklus. Jeho genetická výbava obsahuje asi 6000 genů, to je 250x více než u virů či bakterií. U minimálně 60% z nich přitom vůbec neznáme jejich funkci. Nutno však dodat, že i proti jiným parazitárním onemocněním dodnes neexistuje žádná vakcína. Zpráva o rozluštění genové sekvence parazita vyvolávajícího malárii znamená tedy „jen“ další krok kupředu a problém malárie v dohledné době nevyřeší. Vzhledem ke složitému životnímu cyklu parazita je obtížné nalézt klíčové znaky plasmodií, které by bylo možno využít k vývoji účinné očkovací látky.

Malárii je možné předcházet léky, které se nazývají antimalarika (profylaxe) a užívají se před, během a po skončení cesty. Mnoho antimalarických léků může být užíváno preventivně turisty v endemických (místních) oblastech, nebo také jako ochrana pro těhotné ženy či jako léčba. Nejlepší antimalarika jsou chlorochinin a chinin. Mefloquine je užívaný v regionech, kde jsou paraziti odolní vůči chlorochininu.
Tradiční antimalarické léky užívané jako monotherapie (jediný užívaný lék) rychle ztratí svoji účinnost díky rychlému vývoji odolnosti vůči lékům. V některých místech bylo zjištěno, že malárie je odolná proti všem levným lékům (jedná se o tzv. zkříženou odolnost). Nicméně vývoj nových cenově dostupných léků může nahradit ty, které se stávají neúčinnými. Za poslední desetiletí nová skupina antimalarik v kombinaci s odvozeninami z artemisininu (výtažek z rostliny Artemisia annua) vytvořila velmi rychlou léčebnou odezvu, (rozliší příznaky a zmenší možný přenos malárie). Doposud nebyla objevena žádná odolnost parazitů k této směsi. Použití takovéto "základní artemiské kombinované terapie" může velmi zpomalit vývoj odolnosti vůči léku. Kombinace artemisininu a dvousložkové účinné látky s různými mechanismy působení se jeví jako nejlepší řešení a je nepravděpodobné, že si cizopasník bude schopný tak rychle vyvinout odolnost jako k tradiční monotherapii. Mohl by však vyvinout odolnost k jednomu ze součástí těchto kombinací.
Pro profylaxi se léky užívají minimálně jeden týden před vstupem do malarické oblasti v případě, že se užívají jednou týdně. Léky užívané každý den pak stačí brát 2 dny před odjezdem. V užívání profylaxe se pokračuje po celou dobu pobytu v malarické oblasti a ještě 4 týdny po návratu s výjimkou Malaronu, který stačí brát jen 7 dní po návratu z malarické oblasti. Délka profylaxe by neměla přesáhnout dobu 5 měsíců a v případě delšího pobytu je nutné uvažovat o tzv. pohotovostní léčbě, tedy léčbě v případě vzniku příznaků malárie i bez stanovení diagnózy. Během životně důležitého prvního týdne, kdy je nutné s léčbou začít, může její průběh zrádně připomínat jiná onemocnění, třeba úpal. Výskyt tropické malárie není striktně vázán jen na tropy.
Jestliže jste profylaxi brali, je malarický parazit částečně paralyzován, ale ne úplně. Věřte, že místní lékař, ač na to třeba vůbec nevypadá, pozná deset nejčastějších nemocí charakteristických pro danou oblast a ví, jak je léčit. Odebere kapku krve z vašeho prstu, prohlédne si ji v obyčejném mikroskopu a za půl hodiny víte, na čem jste. Trvejte však na tom, aby zdravotník rozbalil sterilní jehlu před vámi. Nezapomeňte lékaři sdělit, jakou profylaxi berete, a v jejím braní také pokračujte.
Nekomplikovaná malárie, která se podchytí včas, se léčí ambulantně. Koupíte si předepsaný lék a lékař vám dá sbohem, jako byste měli rýmu a kašel. Léčení komplikovaných a pokročilých nákaz, kdy je třeba mimo jiné nemocnému několikrát vyměnit krev, je možné provádět jen ve specializovaných a dobře vybavených nemocnicích. A těch v malarické zóně moc není.
Ani negativní krevní test však neznamená, že malárii nemáte - malarický parazit není v určité fázi svého vývoje v krvi zjistitelný. Lékař proto většinou pro jistotu nasadí malarickou léčbu „naslepo“. V případě, že se chystáte do odlehlé malarické oblasti zcela bez dosahu lékaře, kupte si pohotovostní léčebnou dávku místních antimalarik a tu si v případě důvodného podezření z tropické malárie naordinujte. Poté co nejdříve navštivte lékaře, který rozhodne, zda je třeba v léčbě pokračovat. Jen nepatrné procento lidí úspěšně „přechodí“ tropickou malárii a nákaza u nich do několika měsíců po opuštění malarické oblasti vymizí. Stává se, že doporučované léky v 10 – 20 % případů malárii stejně nezabrání. Tato odolnost malárie vůči profylaxi však rozhodně není signálem k její ignoraci.

Znázornění výsledků testování PCR pro detekci na DNA Plasmodia:
S - znázorňuje standatní výsledky bez nákazy.
1 - znázorńuje nákazu Plasmodium Vivax.
2 - nákaza Plasmodium Malariae
3 - nákaza Plasmodium Falciparum
4 - nákaza Plasmodium Ovale

Existující zařízení pro testování infekčních nemocí, jako je např. malárie (založená na testu protilátek), jsou většinou poměrně levná. Avšak i cena pouhého jednoho amerického dolaru za jeden test se skládá do poměrně veliké částky ve chvíli, kdy je zapotřebí průběžně testovat milionové populace v nejchudších zemích světa.
Nedávno se však objevil nový hit: metody založené na hmotové spektrometrii. Touto běžnou chemickou metodou je možno přesně identifikovat molekuly podle jejich atomové hmotnosti a jejich využití v lékařské diagnostice je známé. Problémem byla donedávna poměrně značná hmotnost těchto zařízení. Tento problém však byl vyřešen na John Hopkins University, kde zkonstruovali pro účely “polní" diagnostiky infekčních nemocí přenosný hmotový spektrometr. Při testování se ukázalo, že toto zařízení je dokonce ještě citlivější než běžné testy založené na detekci protilátek, umožňuje testovat všechny čtyři druhy malárie a jeho provoz je nesrovnatelně levnější.

Imunita
V některých oblastech, zejména ve Vietnamu či Gambii již se objevila rezistence i na velmi účinné antimalarikum - meflochin (to znamená, že lék nezabránil rozvoji onemocnění malárií). Je to paradoxní, čím více lidí bude brát chemoprofylaktika, tím více se bude utvářet rezistence. To může způsobit, že samičky Anophela se stanou agresivnějšími a doplatí na to chudí domorodci, kteří pochopitelně žádné léky neberou.
Během války ve Vietnamu byl dokonce vydán zákaz používání léků na prevenci, povolená byla jen léčba v případě onemocnění. Rusové ani Američané ale nedbali zákazu a antimalarikum užívali. Dnes je díky tomu v této části Asie zóna, kde je například meflochin zcela neúčinný.

Alternativní léčba:
1) Tým vědců objevil druh plísně pocházející z východní Afriky, jež by mohla být důležitým prostředkem v boji proti malárii. Vědci z Nizozemska, Tanzánie a Británie tvrdí, že když se moskyt touto plísní nakazí, přestane se živit krví, což zabraňuje přenosu parazitů způsobujících malárii na člověka. Testy prováděné v Tanzánii, při nichž byli moskyti vystaveni bavlněným pokrývkám pokrytým zmíněnou plísní, vedly k poklesu přenášení malárie o 76 procent. Délka života moskytů infikovaných danou plísní se také zkrátila o dvě třetiny na pouhých sedm dní. Podle vědců není pravděpodobné, že by si moskyti mohli vůči plísni vyvinout imunitu, protože plíseň napadá více moskytích genů najednou.

2) Tým Britských vědců z univerzity v Edinburgu a expertů z Londýnské Imperial College zase našel houbu druhu Beauveria bassiana. Pokud se jí nakazí moskyt, který malárii přenáší, nepřežije déle než 14 dní. To je přesně doba, než se moskyt od prvního sání krve od infikovaného člověka stane hrozbou pro ostatní a parazit, způsobující nemoc, se v jeho těle rozmnoží. Při laboratorních testech byla úspěšnost tohoto postupu až 98 procent. Jakmile moskyt zavadil o houbu, ta pronikla do jeho těla, kde vzklíčila a doslova ho „požírala“ zevnitř, až ho nakonec zabila. V posledních dnech svého života nemohl navíc moskyt téměř vůbec létat. Odborníci by nyní rádi z této zvláštní houby vytvořili rozprašovače.

3) Výzkumníci Evropské molekulární biologické laboratoře v německém Heidelbergu objevili pár komářích genů, o kterých se domnívají, že řídí imunitní odpověď hmyzu na přítomnost parazitů. Plasmodium přežívá uvnitř organismu komárů rodu Anopheles maculipennis (je jich přes 70 druhů, některé vegetují i v ČR). Ukazuje se, že komára lze vhodně podnítit k tomu, aby parazitického vetřelce zničil ještě dřív než dostane šanci při komářím bodnutí proniknout do lidského těla. Jeden z genů komára, pojmenovaný CTL 4, dokáže zničit až 97 % parazitů vyvíjejících se v komářím těle. Ovšem když se z organismu odstraní další gen označovaný jako LRIM1, dochází k opaku: Plasmodium se začíná velice rychle množit. Mezi akcí těchto dvou genů existuje jemná rovnováha. Lze vytvořit látky, které by uvedenou rovnováhu zvrátily ve prospěch genu vyvolávajícího smrt parazitů. Vzniklé nové chemikálie by bylo možné používat jako pesticidy k postřiku v oblastech ohrožených malárií. Dají se využít i k napouštění povrchu moskytiér – ochranných sítí proti komárům, i k preventivní dezinfekci různých místností.

4) Tým Institutu molekulární biologie univerzity ve skotském Edinburghu objevil strukturu proteinu DHFR, který způsobuje odolnost přenašeče malárie na většinu antimalarik. Tento protein je schopný mutovat tak, aby na něj nepůsobil pyrimethamin - hlavní složka léků proti malárii. Změna zjištěné struktury DHFR negativně ovlivní schopnost plasmodia přežít.

5) Jihokorejští rybáři našli všežravou rybu Misgurnus mizolepsis, která při dostatečném množství dokáže za jediný den vyčistit rýžové pole od všech larev moskytů. Podobně i v Indii do řek, rybníků i vodních nádrží, kde komáři kladou vajíčka, nasazují vhodné rybky (především paví očka). Ty bezpečně zlikvidují vylíhnuté larvy komárů.

Prevence – jak snížit riziko nákazy
Nelze se spoléhat jen na léky. Doporučuje se repelent s vysokým obsahem účinné látky (třeba Autan lotion), dlouhé rukávy a kalhoty, funkční moskytiéra nad postelí (plus izolepa na jejich opravu...) a pálení tzv. moskyto coil - kadidlových spirálek s účinným insekticidem, které rovněž výrazně snižují riziko nákazy. Spolehlivá prevence před nákazou sice neexistuje, avšak dodržováním určitých zásad lze toto riziko výrazně snížit.:
a) omezením pobytu venku po západu slunce (za soumraku), kdy je aktivita komárů nejvyšší
b) používáním moskytiér dokonale utěsněných pod lůžkem a ošetřených repelenty
c) nošením světlého oděvu s dlouhými rukávy a nohavicemi
d) instalací sítí v oknech a dveřích
e) používáním repelentů především na nekrytých částech těla
f) používáním insekticidních přípravků

Doporučuje se všem, aby si šest týdnů po dlouhodobém pobytu v tropech nechali provést parazitární vyšetření a vždy, pokud se u nich i po letech od návratu objeví horečka, upozornili lékaře na pobyt v zasažených oblastech.

Společensko - hospodářský dopad malárie
V mnoha rozvojových zemích se malárie jeví jako nepřítel číslo jedna ve veřejném zdravotnictví. Četné africké země nemají ve své infrastruktuře zdroje nezbytné k organizování, ani k pravidelnému udržování antimalarické kampaně. V Africe je dnes malárie chápána, jako onemocnění chudých, ale není tomu tak, protože je i příčinou chudoby. Ekonomický růst zemí s vysokým malarickým přenosem byl historicky nižší než v zemích bez malárie. Takto představuje malárie skutečnou zátěž na rozvoj ekonomiky. Ekonomové věří, že malárie je odpovědná za ztrátu až 1.3% ročně v některých afrických zemích. Malárie má na svědomí až 40% z veřejných zdravotnických výdajů, 30 - 50% z nemocničních přijetí a až 50% z ambulantních návštěv. Peněžní ztráty za malárii byly odhadovány v Africe na více než 12 miliard amerických dolarů každým rokem z HDP (hrubý domácí produkt).
Malárie má ohromný dopad na africké obyvatelstvo. Nejen že malárie má za následek ztracený život a ztracenou produktivitu zásluhou nemoci a předčasné smrti. Malárie také brání vzdělávání dětí a společenskému vývoji, které se odráží třeba špatnou docházkou, atp. Africké země, dobře si vědomé ekonomických důsledků malárie, teď věnují více zdrojů k boji proti malárii a tím i boji proti chudobě.

Perspektivy pro vakcínu
Hlavní potíž ve vývoji vakcíny proti původci malárie je skutečnost, že cizopasník podstoupí během svého života sérii změn. Jak ve stádiu silného nepohlavního množení v člověku a nebo stádiu pohlavního rozmnožování a následovaného množení v komárovi. Každý stupeň končí osvobozením cizopasníka. Odlišuje se různými antigeny, ale i jinými odolnostmi.
Dnes je do výzkumu vakcíny proti malárii zapojeno mnoho laboratoří po celém světě. Například výsledky testů provedených na dětech do pěti let v Mosambiku hodnotící účinnost antimalarické vakcíny vyvinutého firmou GlaxoSmithKline Biologicals ( Lanceta, 16.října 2004), se ukázaly jako velmi povzbuzující. Došlo k významnému snížení počtu nakažených v poměru k celkovému počtu obyvatel. Ve stádiu zkoušek byla tato vakcína během testů dobře snášena.
 

01.01.2007 - Malaria Control.net - článek na pokračování: část č.1

Co o této nemoci vlastně dosud víme?

Historie poznávání nemoci
Kolem 8000 př. n. l. - toto období je podle antropologů označováno za okamžik vzniku agresivního typu malárie.
Kolem 2000 př. n. l. - v kostech obyvatel východního Středomoří byly nalezeny rozšířené dutiny dlouhých kostí, což je důkaz onemocnění srpovitou anémií. Velký podíl této poruchy v populaci ukazuje na předchozí značný výskyt malárie.
Kolem 400 př. n. l. - Hypokrates popsal malárii a rozdělil ji do několika typů: denní, třídenní a čtyřdenní
Kolem 1500 n. l. - Evropští osadníci a otroci zavlekli malárii na americký kontinent.
Kolem r. 1630 - středoameričtí indiáni učí Jezuitské misionáře používat kůru chininovníku, kterou domorodci léčili různé nemoci a ti ji jako antimalarikum přivážejí do Evropy.
Druhá polovina 17.století - Giovanni Maria Lancisi podle své mylné domněnky, že malárie vzniká působením jedovatých plynů z tropických močálů, dal nemoci jméno malárie. Toto pojmenování vychází ze složení italských výrazů ,,mal,, a „aire,, tedy ,,špatný vzduch,,.
R. 1880 - Charles Louis Alphonse Laveran objevil původce malárie, krevního parazita Plasmodium.
Asi r. 1882 - Poprvé byla oficiálně vyslovena hypotéza o přenosu malárie moskytem.
R. 1898 - Glovanni Batista Grassl prokázal, že malárii přenášejí moskyti z rodu Anopheles.
R. 1907 - Charles Louis Alphonse Laveran získal za svůj objev původce malárie Nobelovu cenu za lékařství.
R. 1927 - J. Wagner von Jauregg získal Nobelovu cenu za objev léčby syfilidy pomocí malárie. Tato metoda byla v roce 1950 nahrazena antibiotiky.
R. 1948 - Pečlivou léčbou se podařilo v Egyptě a Brazílii malárii zcela vymýtit.
Okolo r. 1950 - počátek intenzivních postřiků DDT, které měly za cíl decimování moskytů.
R. 1970 - DDT bylo zakázáno z důvodu negativního dopadu na životní prostředí i obyvatele v místě použití.

Výskyt malárie
Malárie je jednou z nejzávažnějších tropických chorob a po tuberkulóze je druhou nejrozšířenější smrtelnou chorobou na světě. Statistické údaje vypovídají o této nemoci krutou skutečnost a jen málokdo si je troufne zpochybnit. Bohužel i na počátku 21. století jsou čísla týkající se malárie šokující a reálná šance na vítězství člověka nad touto nemocí čeká pravděpodobně až na příští generace. Už v roce 1975 vydala Světová zdravotnická organizace zprávu, že do roku 2000 zmizí z povrchu světa nejen malárie, ale i tuberkulóza či lepra. Nejen že se lidstvo dosud s těmito chorobami musí potýkat, ale v případě tuberkulózy dokonce zaznamenává její prudký nárůst. Malárie sice už na vzestupu není, avšak stále ohrožuje bezmála polovinu všech obyvatel naší planety. Není tajemstvím, že za tento stav může hlavně lokalita, kde se malárie nejvíce vyskytuje, a malý přísun financí do těchto oblastí a do výzkumu nemoci. Například na nemoc AIDS, která postihuje ročně mnohem méně lidí, nedosahuje ročně zdaleka tolika obětí a známe ji teprve od roku 1975, se vynakládá několikanásobně více finančních prostředků. Je to dáno hlavně její globálností, jelikož ohrožuje populaci bez ohledu na ekonomickou úroveň či zeměpisnou šířku. Proto v této oblasti dosáhli vědci takového pokroku, jaký ve výzkumu malárie nebylo dosaženo za celou dobu její existence. A to o ní najdeme zmínky už ve starověku.
Malárie se vyskytuje ve více než 100 zemích světa. Podle nejnovějších údajů (2005) Světové zdravotnické organizace (WHO) jí každoročně onemocní přes 300 milionů lidí,z toho až pro dva a půl miliony postižených (hlavně dětí do pěti let) znamená smrt. Největší nebezpečí hrozí mezi 40. rovnoběžkou jižní a severní zeměpisné šířky. Zárodky malárie (plasmodia) přenáší na lidi komár rodu Anopheles, jehož výskyt je v jednotlivých mikroregionech vázán na roční období.
Každý rok je malárie v Evropě diagnostikována u více než 10 000 turistů, kteří navštívili endemické oblasti, tedy oblasti s častým výskytem chudoby. Informace o aktuální situaci v každé malarické oblasti vám sdělí na hygienické stanici nebo středisku cestovní medicíny. Bez ohledu na velikost rizika vám většinou doporučí užívat preventivní léky. Též se doporučuje prolistovat internetové stránky Světové zdravotní organizace WHO, kde jsou u malarických mikroregionů uvedena období výskytu malárie a také léky, které jsou nejúčinnější antimalarickou prevencí (profylaxí) pro danou oblast.
Obrovská mezikontinentální migrace, do níž se po listopadu 1989 zapojila také Česká republika, pochopitelně sebou přináší řadu negativních důsledků. Jedním z nejobávanějších je přenos nejrůznějších chorob. V souvislosti s malárii se dokonce hovoří o takzvané letištní formě. V Anglii a Francii se na přelomu století lidé v okolí letišť nakazili malárií, aniž by kdy ohroženou oblast navštívili. Vše způsobil infikovaný komár importovaný v zavazadlech cestujících, proto se letadla z těchto oblastí začala desinfikovat.
Každoročně se nemocí nakazí asi sto Čechů, jedná se o takzvanou importovanou malárii. Léčíme ji zpravidla jiným lékem než byla prováděná profylaxe. Pokud ji rozpoznáme včas, je téměř vždy vyléčitelná. Na importovanou tropickou malárii ve vyspělých zemích umírá jedno až dvě procenta nemocných. Rostoucí zájem o návštěvu exotických oblastí zaznamenávají všechny cestovní kanceláře a na vzestupu je i individuální turistika či obchodní zájmy soukromých firem.
Není radno podceňovat ani ,,bezrizikové zóny,,, za které jsou považována větší města a hory nad 1 800 m. n m. Před pár lety propukla malarická epidemie v Addis Abebě, tedy ve výšce 2 400 m. n.m, kde se nakazili komáři krví infikovaného člověka a přenášeli ji dále.

CO O MALÁRII VLASTNĚ VÍME ?
Jedná se o infekční horečnaté onemocnění způsobené parazity. Ačkoliv existují desítky druhů malárie, jen čtyři z nich mohou postihnout člověka. Nejzávažnějším typem malarického onemocnění je tropická malárie, Plasmodium falciparum (původce maligní terciány). Pro toho, kdo se nechrání profylaxí nebo zanedbá léčbu, může končit smrtí. Kromě ní je rozšířeným typem benigní Plasmodium vivax (tzv. třídenní malárie), která kdysi zaplavila celý svět. Naopak Plasmodium ovale a Plasmodium malariae (čtyřdenní)jsou méně časté a způsobují jen slabou formu malárie. Maligní forma tropické malárie se na rozdíl od ostatních vyskytuje jen v tropických oblastech a veškeré užití antimalarické chemoprofylaxe se podřizuje právě jí.

Všeobecný průběh nemoci
Parazit z rodu Plasmodium (cizopasník červených krvinek), který nemoc způsobuje, je přenášen samičkami komárů rodu Anopheles. K nákaze komára dochází po bodnutí nakaženého člověka komárem. Samička saje krev potřebnou pro svá vajíčka a během tohoto procesu mohou z krve nemocného člověka přejít i pohlavní buňky (tzv. gametocyty) plasmodií. Ve slinných žlázách komárů se vyvíjejí, aniž by jim nějak škodily. Již po týdnu je parazit (vývojové stádium zvané Sporozoity) v těle komára schopen (opět bodnutím) přesunu do dalšího hostitele, například člověka. V těle pak putuje nejdříve do jater, kde nastartuje výrobu DNA a vytvoří velkou mnohojadernou buňku (schizont). Tyto obrovské útvary se pak rozpadají na merozoity (nepohlavně vzniklé stádium vývoje). Tyto merozoity napadají červené krvinky, které přinutí, aby je sami spolkly (fagocytóza). V červených krvinkách mají nejen hojnou zásobu živin, ale zároveň jsou takto chráněny před protilátkami a bílými krvinkami. Aby se při cestě krevním řečiště nedostal parazit až do sleziny, donutí krvinku, aby se přilepila na stěnu cévy a dále neputovala. V tomto stádiu (merozoity) rostou a čerpají živiny z červených krvinek. Tento proces trvá podle druhu parazita v rozmezí 3 dnů až několik měsíců. Jakmile vyčerpají živiny v červený krvinkách, pak se opět zakuklí do velkých mnohojaderných schizontů, případně jejich prstenčitých verzí (trofozoitů). Poté se při velkém ,,výbuchu,, rozdělí opět na velké množství merozoitů. Tento výbuch nezničí jen schizont, ale také červenou krvinku, jelikož při něm merozoity pohlcují hemoglobit a jeho velký úbytek způsobuje právě praskání červených krvinek. Výbuch je u všech schizontů synchronizovaný, a tak se velké množství merozoitů (až několik desítek tisíc) dostává najednou do krevní plazmy. Tento hromadný výbuch značně pocítí lidský organismus, jelikož merozoity zároveň vyrábějí látky, způsobující prudké zvýšení teploty. Proto se u pacientů postižených malárií pravidelně objevují záchvaty horečky a zimnice.

Do krve se také začnou postupně uvolňovat parazitické toxické látky způsobující klinické projevy malarického onemocnění – horečku, kašel, zimnici, pocení, bolesti hlavy, svalů, únavu, někdy i zvracení a průjmy. Často se vyskytují mj. poruchy srážení krve, šok, selhání jater a ledvin, otok plic a mozku a také hluboké bezvědomí.
Vzniklé merozoity si rychle naleznou v červených krvinkách nové hostitele, aby zopakovaly masové množení nebo aby dospěly do pohlavní formy (gametocytů). Gametocity existují ve dvou druzích, samčích (mikrogametocyty) a samičích (makrogametocyty). Pokud je v tomto období nenasaje komár, po několika dnech hynou. Pokud se jim ovšem poštěstí dostat se do trávícího traktu komára, dozrají tam na gamety a mohou se párovat. Spojením mikro a makrogamety vzniká ookineta, která se zavrtává do střevní stěny a dozrává v oocystu a později na mnohojaderné plasmodium. To se podobně jako schizont u člověka rozpadne na desítky nových sporozoitů. Po týdnu množení se noví prvoci stěhují do slinných žláz komára, kde čekají na to, až se budou moci při bodnutí přesunout do nového hostitele. Kromě člověka se stávají vhodným hostitelem i některé opice nebo šelmy.
Jen v subsaharské Africe zemře na tropickou malárii každých 30 vteřin malé dítě. Méně nebezpečné druhy malárie bývaly i u nás – například na Hodonínsku, kde se nemoc nazývala “hodonka“.

Plasmodium falciparum
Onemocnění charakterizují několik hodin trvající záchvaty, které mají tři fáze: fázi zimnice, fázi horečky a fázi poklesu horečky s pocením. První fáze začíná u pacienta pocitem silného chladu, mrazení a třesavky. Kůže je suchá a bledá, objevuje se promodrání rtů a prstů. Nemocný je malátný, má bolesti hlavy, hučí mu v uších, má bolesti v zádech a končetinách, zvrací a jektá zuby. Za 15 minut až 2 hodiny teplota stoupne na 39 až 41,5 stupňů, nemocný má pocit silného horka. Kůže je teplá a suchá, krevní tlak klesá, puls a dýchání jsou zrychlené. Nemocný je neklidný, vzrušený, někdy také dezorientovaný. Horečnatá fáze trvá 2-6h. Pokles teploty provází silné pocení, pocit úlevy a vyčerpanosti. Nemocný usíná, mezi záchvaty se cítí relativně lépe. Některé formy a komplikace mohou končit smrtelně. Nemocný se cítí tak špatně, že nemusí ani rozeznat jednotlivé záchvaty, které se fakticky vracejí v třídenních intervalech.
Malárie po nakažení ničí červené krvinky (to se projeví chudokrevností), nebo může ucpat cévy a žíly, které zásobují krví mozek (pak se jedná o tzv. mozkovou malárii), nebo může obdobně zasáhnout další životně důležité orgány.

Ostatní druhy malárie
Pro další tři typy malárie jsou charakteristické klasické záchvaty s horečkou a třesavkou, které trvají několik hodin a jsou prokládány dvou až čtyřdenními stavy, kdy se člověk cítí téměř zdravě. Neléčené malárie (kromě tropické) odeznívají po 5 až 20 záchvatech. Ojediněle se záchvaty mohou vrátit do 3 let, u malárie se čtyřdenními intervaly záchvatů dokonce do 30 let. Malárii lze laboratorně prokázat jen z krve odebrané při záchvatu. Při těchto typech malárie mohou být poškozeny některé vnitřní orgány.

Turisté pozor!
Cestovatel může onemocnět během pobytu v malarické oblasti nebo po návratu domů (tzv. importovaná malárie). K nejčastějším příznakům malárie patří horečka (tu mívá 81 % cestovatelů z Evropy), dále jde o bolest hlavy (49,7%), únavu (34,8%), bolest kloubů a svalů (23,2%). Postižení trpí v 13,9 % průjmem a v 11,9 % zvracením.

30.12.2006 - Počítačem proti rakovině! Rosetta@home

Lidstvo odjakživa zápasí s chorobami, které ho sužují. Lidský um již nad mnohými z nich zvítězil. S dalšími dnešní věda v zápasu neochvějně pokračuje, přičemž pokroku v léčbě chorob můžete dnes pomoci i vy!

Rakovina, Alzheimerova či Parkinsonova choroba, AIDS... slova, která ve většině lidí vyvolávají oprávněně negativní dojem. Boj s nimi zdaleka není u konce, avšak vůbec není beznadějný. Věda pomalu ale jistě postupuje při odhalování jejich příčin a při hledání léků, které by člověku pomohly. Podívejme se v stručnosti na jednu z těchto bojových front, týkající se rakoviny, která se slibně vyvíjí a v poslední době dostala díky rozvoji výpočetní techniky nové posily.

Co je to rakovina?

O této chorobě ví prakticky každý, ne všichni však znají hlouběji také její příčiny. Rakovina v podstatě není jedna choroba, nýbrž jedná se o několik chorob, kterých společnou črtou je porucha množení buněk. Náš organismus se neustále obměňuje ? ztrácíme kousíčky kůže, rostou nám vlasy, nehty, a také vnitřní tkaniva jsou na tom podobně - např. červené krvinky mají životnost cca 3 měsíce a poté jsou nahrazeny novými čerstvými posilami z kostní dřeně. Za normálních okolností se tedy vaše tělo v průběhu života mnohokrát téměř celé kompletně obnoví (s výjimkou některých tkaniv, např. mozkových neuronů), neustále vznikají nové a nové buňky a staré odumírají. Proces množení buněk je velice delikátní, v mnohobuněčném organismu složitý a podléhá množství kontrolních mechanizmů. Každý orgán má pro své buňky vlastní pravidla hry. Jestli je buňka nesplní, je jí zakázáno dále se množit anebo je buňka dokonce usmrcena (tzv. apoptóza). Teď si už můžeme přesněji odpovědět i na původní otázku ? rakovina je jednoduše porucha tohoto množení včetně selhání kontrolních mechanizmů. Narušená buňka se tedy začne nekontrolovaně dělit, čímž samozřejmě osudově naruší harmonii celého organismu. Rakovina může postihnout prakticky všechny orgány nebo části těla, závisejíc na její příčinách. Přehnané slunění může způsobit rakovinu kůže, pití alkoholu rakovinu jater nebo ústní dutiny, zlá životospráva rakovinu tlustého střeva atd. Obecně se dá říci, že přítomnost cizorodých agresivních látek nebo okolností vytváří vhodné předpoklady pro výskyt rakoviny. Proč? Co vlastně způsobí samotnou poruchu rozmnožování buněk?

Čtyři metry zakódovaného života.

Odpověď je jednoduchá ? v naprosté většině případů je prvotní příčinou poškození tzv. DNA molekuly. DNA označuje tzv. deoxyribonukleovou kyselinu, která je jednou z nejzázračnějších molekul jaké známe. Je v ní zakódován celý váš organismus, princip a fungování všech orgánů a dokonce i takové detaily jako barva vašich očí, základní črty tváře nebo náchylnost vůči některým chorobám. Jednoduše celá genetická informace. DNA se skládá ze dvou navzájem obtočených spirál, které do sebe zapadají jako skládačka a jsou vystavěny ze čtyř základních stavebních kamenů ? malých molekul, tzv. nukleotidů. V každé DNA jsou jich miliardy a jejich pořadí kóduje informaci o organismu. DNA molekulu obsahuje jádro téměř všech buněk ve vašem těle ? je stočena do malinkatého prostoru v centru buňky. Kdybyste však lidskou DNA molekulu obsaženou v jedné buňce rozpletli, měla by délku přibližně 4 metry. Celková délka DNA molekul ze všech buněk vašeho těla by stačila na sedmdesát cest ze Země na Slunce!

Obr. 1: Krátký úsek DNA molekuly ? dvojité spirály. Barevně jsou označeny různé druhy atomů, z kterých se skládá (vodík, uhlík, fosfor, dusík a kyslík).

Proteinová policie.

Při každém dělení buňky se musí rozdělit také DNA molekula v jejím jádře. Dovedete si asi představit, jak náročné musí být rozdělit a zkopírovat miliardy nukleotidů tak, aby se nic nepopletlo. Navíc, DNA molekula v našich buňkách je neustále vystavována zkouškám ? např. je bombardována zářením z přirozeného radioaktivního rozpadu prvků v našem prostředí, kosmickým radioaktivním zářením, taktéž i radioaktivním zářením způsobeným člověkem (následkem testů jaderných zbraní anebo provozem elektráren). Nejenom radioaktivita však útočí na DNA molekulu ? častokrát mnohem závažnějším nepřítelem jsou nejrůznější chemické látky v našem organismu, které se do něho dostaly z vnějšího prostředí (např. různé exhaláty v znečištěných oblastech), případně se vyprodukovaly v organismu jako vedlejší produkt metabolismu. Tyto látky se mohou na DNA navázat a změnit tak její strukturu a chemické vlastnosti. Přesto všechno ? v drtivé většině případů se náš organismus dokáže s uvedenými problémy vypořádat. Vděčí za to přirozené a neuvěřitelně důvtipné ochraně, kterou je vybaven, a která se vyvíjela stovky milionů let. Ve všech našich buňkách totiž neustále hlídkují ohromné armády policajtů a opravářů ? v podobě tzv. proteinů. Existuje velice mnoho druhů proteinů - jsou to jedny z nejdůležitějších molekul v našem těle. Jejich úkolem zdaleka není pouze kontrola množení buněk, plní nespočetné množství dalších úkolů, kterých vyjmenování by zabralo několik knih, a z kterých mnoho ještě neznáme. Soustřeďme se teď pouze na jeden z těchto úkolů ? kontrolu a ochranu DNA. V každém okamžiku se po našich DNA molekulách přesouvají speciální proteiny, které ji ?scanují? a zjišťují, jestli není poškozena. Najdou-li poruchu, okamžitě se na molekulu navážou, vyhlásí poplach a podle závažnosti poškození ji sami opraví nebo přivolají na pomoc další specializované proteiny. Je fascinující, jaké složité procesy dokáže příroda vytvořit ? ani důmyslní vědci ještě zdaleka nechápou celou složitost těchto procesů, přičemž když se některé z nich podaří konečně vysvětlit, tak častokrát jenom žasnou nad genialitou řešení, které příroda našla.

Život v počítači.

Při odhalování tajemství procesů probíhajících v našem těle měli vědci dlouho jenom jedinou možnost ? uskutečňovat experimenty. Jenomže ty mají mnoho nevýhod ? jsou pomalé, náročné na techniku, drahé a mnohokrát nedokážou zjistit detaily zkoumaných procesů. Avšak poslední období se díky překotnému rozvoji výpočetní techniky zrodila úplně nová oblast výzkumu ? počítačová biochemie. Vědci pomocí důmyslných programů dokážou v počítači připravit např. model proteinu s DNA, spustit počítačovou simulaci chování se takového systému a ? na obrazovce počítače můžou detailně sledovat, co se děje. Dokážou tak odhalit detaily, které experimentátorům unikají a např. přesně zjistit, které části proteinu jsou zodpovědné za odhalení poškození v DNA, které za přichycení k poškozenému místu, jak přesně protein zavolá na pomoc své kamarády, a jak nakonec poškození opraví. Samozřejmě, tento výzkum jde ruka v ruce s experimenty ? vstupní údaje do modelu totiž musí souhlasit s realitou.

Obr.2: Příklad počítačového modelu proteinu, který právě objevil poškození DNA molekuly, navázal se na něj a zanedlouho zavolá na pomoc celou sérii pomocníků, s kterými poškození opraví. Jedná se o tzv. Ku heterodimér, složený ze dvou částí (modré a rudé), který hledá jedno z nejzávažnějších poškození DNA - protrhnutí obou spirál, z kterých se DNA skládá. DNA je žlutá spirála ve středu obrázku (díváme se na ní podél její osy). V případě selhání opravy tohoto poškození téměř vždy dochází k smrti buňky nebo vzniku rakoviny či jiné závažné choroby. Protein je na molekulární poměry obrovský ? skládá se z více než 9 tisíc atomů. Je tedy velice složité zjistit, která jeho část je za co odpovědná.

V praxi to posléze vypadá např. tak, že experimentátoři objeví protein, o kterém si myslí, že hraje v procesu opravy jistou roli, ale neznají, jak ji uskutečňuje. Právě tehdy pomůže detailní simulace, která najde části proteinu odpovědné za průběh opravy. Její výsledky potom můžou experimentátoři použít a po dalším ověřování připravit speciální protein, který obsahuje právě důležitou část určenou simulací. Jinými slovy, takovýmto postupem se postupně dospěje k výrobě léku. Samozřejmě, tento popis je velice zjednodušený, ale v hrubých rysech naznačuje, že v dnešní době simulace nesmírně pomáhají při odhalování příčin chorob a zároveň při hledání účinných léků.

Hledání léků u vás doma.

Mnoho lidí si myslí, že věda a výzkum je věc vzdálená a složitá, že je to něco, do čeho nemůže zasáhnout a co jen občas běžnému člověku přinese nějaký užitek. Není to však celkem tak. Existuje výjimečná a vzrušující možnost jak se přímo zúčastnit např. také zmiňovaného výzkumu proteinů a hledání léků. Stačí mít na to běžný počítač a alespoň občasné připojení k internetu. Tato možnost se nazývá distributed computing. Jednou z nejperspektivnějších variant je tzv. BOINC (Berkeley Open Infrastructure Network Computing) - open source platforma vyvinutá na Berkeley University of California, pod kterou pracuje několik zajímavých vědeckých projektů. Princip spočívá v tom, že původně velký úkol, který každý z projektů řeší, se rozdělí na množství malých, které se prostřednictvím internetu rozešlou počítačům po celém světě zapojeným do projektu. Každý počítač poté využije svůj přebytečný výkon (BOINC jako proces má nejnižší prioritu, takže nesnižuje výkon počítače), zanalyzuje svou malou část dat a odešle ji centrálnímu serveru. Ten složí výsledky dohromady a počítači zašle další část dat, přičemž za odvedenou práci přidělí odpovídající virtuální kredit. Vědeckých projektů je několik ? můžete se zapojit do libovolného počtu z nich. Jejich společnou črtou je, že se jedná o projekty nesmírně náročné na výpočetní výkon. Jelikož rozpočty vědeckých organizací jsou omezené, není možné je řešit na drahých superpočítačích. Proto se vědci obrátili na pomoc vás, běžných uživatelů. Navíc, celkový výkon BOINC je větší než výkon jakéhokoliv superpočítače a neustále se zvyšuje, jelikož zapojených jsou již stovky tisíců účastníků.

Problematikou vývoje léků proti rakovině, ale i jiným chorobám souvisejícím s DNA a funkcí proteinů se nejkvalitněji věnuje projekt Rosetta@home. Vědci z desítek tisíců lidských proteinů totiž podrobně znají funkci pouze omezeného počtu z nich. Jelikož však již známe kompletní lidský genom (tedy posloupnost nukleotidů a genů), úkolem projektu je na jeho základě vypočíst tvar a z něho přímo vyplývající funkci těchto proteinů v našem organismu. Výsledky jsou zdarma odevzdávané do obecné vědecké databáze, z které můžou čerpat všechny výzkumné týmy ve světě ?velká databáze proteinů se známým tvarem a funkcí umožní mnohem rychlejší vývoj účinných léků. Svůj procesorový čas tedy věnujete velice užitečné věci, která přímo pomůže vědcům v jejich práci.

Obr. 3: Průběh zpracování můžete sledovat na efektním šetřiči obrazovky, který je součástí projektu Rosetta@home. Instalace a spuštění potřebného softwaru je velice jednoduchá a zvládne ji i úplný začátečník.

Vzrušující objevy a vyléčení pacienti.

Běžné PC zapojené do BOINC již pomáhají nejenom biochemikům, ale např. také jaderným fyzikům při stavbě největšího urychlovače na světě LHC, klimatologům při simulaci globálního oteplování planety, astrofyzikům při hledání gravitačních vln předpovězených Einsteinovou teorií relativity, astronomům při analýze signálů z největšího radioteleskopu na světě umístěném v Arecibo za účelem nalezení signálu od případných inteligentních civilizací a dalším vědeckým projektům. Navíc, zmíněný přidělovaný virtuální kredit někdy přináší také zajímavou a vzrušující soutěž mezi účastníky.

Nevyužitý výkon vašeho počítače tak věnujete vědě a lidstvu, přičemž nikdy nevíte, v jaké podobě se vám tento ušlechtilý čin může v budoucnu vrátit.

Mgr. Juraj Kotulič Bunta, Ph.D Japan Atomic Energy Agency, Výzkumná skupina pro analýzu účinků radiace, Japonsko.

27.12.2006 - BURP ? Big and Ugly Rendering Project

Někdy kolem června roku 2004 dostal jakýsi Janus nápad vytvořit pro BOINC svůj vlastní projekt. Asi to nebylo takhle rychlé a jednoduché, ale prostě vznikl nový projekt s názvem BURP ? Big and Ugly Rendering Project (velký a odporný renderovací projekt). Projekt je prozatím v pre-alpha stádiu, což znamená že se stále testuje, je málo práce a jsou občas problémy s webem. O co v něm vlastně půjde a pár dalších věcí o tomto projektu bych se pokusil nastínit v následujícím krátkém článku.

O co jde?
BURP je jednoduše projekt, ve kterém nedostáváte na analýzu vědecká data, nemodeluje se v něm zemské klima, ani nehledají gravitační vlny. Na vašem počítači se renderují obrázky a animace. Renderovat znamená, že se bude vypočítávat výsledný obraz 3D modelu, který se stáhne jako výpočetní jednotka. Rendering není založen na neznámých datech, náhodných informacích a neodhaduje výsledky, jak to dělají některé další projekty. Na rozdíl od jiných projektů jsou proto vidět okamžité výsledky, což je také pro hodně lidí velké plus. Výsledky jsou na webu projektu. Další projekt, kde si můžete prohlížet výsledky je CPDN. Jsou to různé údaje, teplotní grafy atd. Rendering je proces náročný na výkon počítače a na paměť. Pokud se rozhodnete renderovat nějakou animaci, navíc ve velkém rozlišení, připravte se na to, že si dost dlouho počkáte. A toto je vlastně i hlavní účel BURPu ? renderování náročných animací a obrázků, které by na osobním počítači jinak trvalo hodně dlouho.

Jdeme utrácet kredit? Proč ne?
BURP se jeví jako první projekt, kde by bylo reálné ?utrácet? přidělený kredit. Jedná se o tzv. Spendable Cobblestone. Za vypočítání nějakého snímku dostanete stejně jako v jakémkoliv jiném projektu klasický kredit. K tomu se vám ale navíc přičte ?utratitelný kredit?, za který si budete moct nechat vyrenderovat nějaký svůj vlastní obrázek nebo animaci s tím, že pokud ji budete vyžadovat v co nejkratším termínu tak ?zaplatíte? trochu víc kreditu. Na druhou stranu můžete svému modelu přidělit malou prioritu (tím pádem na něj přijde řada třeba jen když nebude nic jiného na práci) a zaplatíte méně kreditu...Další možnost je, že budou v projektu různé animace, na které budete moci přispívat a ovlivňovat tím, která z nich se bude prioritně počítat.
Tento systém - Spendable Cobblestone - vzhledem k tomu že je projekt ve stádiu pre-alpha, zatím plně nefunguje ? je ale velice pravděpodobné, že se v projektu BURP později ujme...Další projekt, ve kterém by se snad dal využít utratitelný kredit je SETI@home, ve kterém by jste mohli přispíváním kreditu určovat, kterou část oblohy budete chtít analyzovat. Zatím to takhle ale nefunguje a je velmi pravděpodobné, že ani fungovat nebude ? byl to jen takový nezávazný nápad.

Komerční projekt?
Objevuje se hodně spekulací, zda není BURP komerční projekt a nebyl by využíván k renderování animací, které by si platily například různé firmy. Je to určitě možné, ale já osobně o tom pochybuji. První věcí je, že by byly problémy s převodem do formátu, ve kterém lze počítat animace v tomto projektu. Blender není vůbec špatný program na tvorbu animací a 3D modelů, ale na různé velké projekty, jako jsou filmy, televizní reklamy nebo jiné komerční záležitosti se používají profesionální nástroje a programy. Samotné modely by snad nebyly takovým problémem, ale přenos animace by byl asi nemožný. Možná se mýlím, ale nejspíš by to takhle nešlo.
I kdyby tento problém nehrál roli a někdo si chtěl nechat za peníze vypočítat animaci vytvořenou v Blenderu, další věc je ta, že byla zavrhnuta myšlenka o tom, že by se Spendable kredit mohl kupovat. To samo o sobě dokazuje, že o komerční projekt asi nejde ? jediný způsob, který by takové firmě zůstal by byl nakoupit hromadu počítačů, na nichž by běžel jen BURP a sbírala by tím kredit.....no a to už by raději koupila ty počítače, na kterých by si to vyrenderovala sama....takže tudy cesta nevede....k tomu ještě zbývá dodat, že sám Janus to moc komerčně nebere.....může to být i jinak, ale řekl bych, že BURP není komerční projekt a snad ani nikdy nebude...

Výhody a nevýhody
+ jednotky se počítají relativně rychle
+ vhodné pro fanoušky do 3D modelování
+ plánovaná možnost využít získaný kredit na renderování vlastních animací nebo na určování, co se bude počítat
+ možnost prohlížení stažených modelů v Blenderu ; možnost úpravy a vyrenderování doma na svém počítači
+ možnost archivace 3D modelů
+ můžete si prohlížet reálné výsledky
- vysoké nároky na přenos dat (hlavně upload, kdy se odesílá hotový obrázek)
- projekt je v pre-alpha verzi => skoro žádná práce, časté výpadky, nestabilní při výpočtech....
- krátká deadline - 1 den
- 3D modely se samy nesmažou a zabírají místo
- hardwarové nároky, aby to mělo smysl, je třeba mít min. 1.5GHz procesor a 512MB paměti
 

21.06.2005 - Popis grafiky u projektu Einstein@Home

Grafický výstup v projektu Einstein@Home se skládá z několika prvků, úzce spojených se snahou detekování gravitačních vln z pravidelných zdrojů, jakými jsou například pulzary. Základem grafiky je rotující hvězdná koule zobrazující známá souhvězdí spolu se současnou zenitální ( v nadhlavníku ) pozicí 3 gravitačních detektorů. Dále jsou zobrazovány pozice známých pulzarů a pozůstatků supernov a jakýsi oranžový zaměřovač představující místo, které je právě zkoumáno při výpočtu. Pokud zobrazujete grafiku ve vedlejším okně, tedy nikoliv jako šetřič obrazovky, můžete si s grafikou pohrávat pomocí klávesnice a myši.

Hvězdy a souhvězdí

Rotující koule zobrazuje hlavní hvězdy jednotlivých souhvězdí. Z počátku můžete mít určité problémy s rozpoznáváním jednotlivých souhvězdí, což je způsobeno jakýmsi vnějším pohledem na hvězdnou oblohu. Můžete použít myšky ( popsáno níže ) k příblížení či přímému vstupu dovnitř do koule. Nyní budou souhvězdí vypadat jak je známe z lidského pohledu na noční oblohu.

Observatoře gravitačních vln

Každá značka ve tvaru "L" představuje současnou zenitálni polohu ( v nadhlavníku - přesně nad ) jedné ze tří observatoří, které sbírají data do projektu Einstein@Home. Tvar písmene "L" vychází z faktu, že detektory jsou prakticky velké Michelsonovy interferometry. Orientace jednotlivých detektorů je správná, nicméně nepředstavuje jejich rozměry.

LIGO Hanford Observatoř (LHO),
Hanford, Washington, USA, (N 46.45°, W 119.41°)
Skládá se ze dvou interferometrů : H1 se 4km rameny a H2 s rameny dlouhými 2km.

LIGO Livingston Observatoř (LLO),
Livingston, Louisiana, USA, (N 30.56°, W 90.77°)
Skládá se z jednoho interferometru L1 s 2km rameny.

GEO600,
Hanover, Germany, (N 52.24°, E 9.81°)
Skládá se z jednoho interferometru se 600m rameny.

Pokud jste si nastavili vaše systémové hodiny na správný čas synchronně s modelem, potom budou observatoře zobrazeny ve správné poloze vzhledem ke hvězdné kouli. Pokud budete sledovat jejich pohyb během celého dne, pak zjistíte, že se do své původní pozice vrátí přesně za 24h.

Pulzary a pozůstatky po Supernovách (SNRs)
Fialové tečky představují známé pulzary, které byly v minulosti zjištěny elektromagneticky. Všimněte si, že tyto pulzary jsou seskupeny na úrovni naší galaxie Mléčné dráhy, převážně směrem k jejímu středu. Dále si můžete všimnout dvou malých shluků pulzarů na jižní hvězdné polokouli. Tyto pulzary se nacházejí v Malém a Velkém Oblaku Magelanna.

Tmavěčervené body představují známé pozůstatky po supernovách. Tyto jsou také seskupeny směrem ke středu galaxie. Pozůstatky po supernovách jsou pod důkladným zájmem hledačů gravitačních vln, jelikož některé z nich se mohly po svém výbuchu přeměnit na pulzar nebo neutronovou hvězdu a tudíž pravidelně produkovat gravitační vlny.

Hledáček

Oranžový hledáček ve tvaru zaměřovače představuje současnou pozici na nebi, která je právě prohledávána. Místo je rovněž uvedeno také v pravém dolním rohu ve hvězdných souřadnicích ( rektascenze a deklinace ). Hledáček se bude pohybovat zároveň s probíhajícím vyhledáváním. Detaily hledání gravitačních vln z konkrétních zdrojů zde budou uvedeny v budoucnu prostřednictvím odkazu.

Ovládání myškou

Pokud zobrazujete grafiku ve vedlejším okně, tedy nikoliv jako šetřič obrazovky, můžete grafiku ovládat pomocí klávesnice a myši. K přibližování nebo otáčení hvězdné koule přidržte příslušné tlačítko a pohybujte myší nahoru a dolů či doleva a doprava.

Pravé tlačíko - Přibližování/oddalování

Levé tlačíko - Otáčení doleva/doprava

 

20.12.2006 - Nový radioteleskop bude pátrat po signálech mimozemšťanů

Účastníci projektu SETI (Searching for Extra-Terrestrial Intelligence), jehož cílem je pátrat po signálech mimozemských civilizací, uskutečnili zkušební sérii pozorování pomocí nové soustavy radioteleskopů. Toto zařízení s názvem ATA (Allen Telescope Array) je rozmístěno na ploše přibližně 360 tisíc metrů čtverečních a jeho výroba si vyžádala náklady v celkové výši 35 miliónů dolarů.

Tento "segmentový superteleskop" je tvořen soustavou 350 kovových antén o průměru 6,1 m. Komplex radioteleskopů se rozkládá v oblasti Hat Creek Radio Observatory, asi 470 km severovýchodně od města San Francisco. Na rozdíl od optických dalekohledů, které mohou sledovat hvězdy pouze v noci, radioteleskopy mohou pozorovat 24 hodin denně, 7 dnů v týdnu, tedy bez jakéhokoliv přerušení. Zařízení umožní současně detekovat rádiové záření mnoha hvězd. Předpokládá se, že s jeho pomocí bude během následujících 20 let prozkoumán asi jeden milión hvězd.

Koncem 50. let dospěli astronomové k názoru, že "umělé" signály z vesmíru bude nejvýhodnější detekovat v oblasti rádiových vln. Brzy se do pátrání po signálech mimozemských civilizací zapojilo mnoho pracovníků rádiových observatoří v mnoha státech světa. V 70. letech se do programu zapojila i NASA, avšak před 12 roky americký Kongres přerušil financování projektu.

Prostředky na výstavbu nového radioteleskopu věnovali zakladatelé velkých společností: Gordon E. Moore - zakladatel společnosti Intel, Sandy Lerner - zakladatel Cisco Systems, a především Paul G. Allen - spoluzakladatel společnosti Microsoft, na jehož počest je tato soustava radioteleskopů pojmenována Allen Telescope Array.

19.12.2006 - Představujeme BOINC !

Co je vlastně BOINC, co zpracovává a k čemu je to dobré?

Věda na základní úrovni, aneb zkoumat můžeme všichni, stačí jenom chtít.
Na úvod se zamysleme nad základní otázkou,,Využíváte výkon svého počítače po celou dobu jeho provozu na 100%?? Pokud si na tuto otázku odpovíte s čistým svědomím ,,ano?, tak jste obrovská výjimka a dobrý uživatel. Ovšem většina počítačů na světě svůj plný výpočetní potenciál využívá jen velice malou část své provozní doby. Když uvážíme, že existuje spousta různých způsobů, jak PC využít na 100% i při obyčejném psaní v textovém editoru, při práci ve skladovém programu nebo když si popíjíte svůj šálek kávy, či právě obědváte a nechce se vám na tu hodinu vypínat počítač, je obrovská škoda tohoto lenošení počítače nevyužít. Málokdo si uvědomuje, kolik takového nevyužitého výkonu na světě vlastně je a že je velmi snadné tento výkon věnovat například k vědeckým výzkumům.
Princip je zcela jednoduchý a jeho bezproblémová funkčnost léty ověřena. Stačí mít alespoň občas z konkrétního počítače přístup na internet, stáhnout si některého z klientů pro zpracovávání distribuovaných výpočtů a zaregistrovat se do některého z mnoha projektů. Nemá cenu zde obšírně uvádět všechny takovéto projekty, jelikož je jich spousta a každý má nejen jiné zaměření, ale i klienta, který se o výpočty na vašem PC stará. Chtěl bych tímto článkem upozornit na ojedinělý systém, který spojuje několik takovýchto projektů a stará se o rozdělování práce mezi ně. Tím je systém BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing).

Jak vlastně BOINC funguje?

Jedná se o program, který si stáhnete z internetu a kterému je po nainstalování automaticky systémem přidělena nejnižší priorita. Jinými slovy, jakýkoliv běžný program má na vašem PC přednost před BOINC. V praxi to funguje tak, že při práci na vašem PC vůbec nepoznáte, že na něm BOINC je nainstalován a pracuje. Jediný rozdíl tedy bude v tom, že procesor bude vytížen vždy na 100%. Klient využívá pouze zbytkový výpočetní prostor a maximálně pružně ustupuje programům které používáte, takže vaše práce není vůbec brzděna. Pokud například spustíte nějakou hru, či zpracování videa, které váš procesor využijí na 100%, klient BOINC se zastaví a bude automaticky pokračovat, až bude mít opět k dispozici alespoň nějaké procento výkonu CPU, které bude nevyužito.

Co vlastně BOINC zpracovává?
Existuje spousta vědeckých projektů různých světových univerzit, či skupin vědců, kteří nemají zrovna hromady peněz pro nákup výpočetních center se superpočítači za miliony dolarů a právě takovýmto projektům BOINC pomáhá.
Výpočetní práce která by i superpočítačům zabrala spoustu času je rozdělena na mnoho dílků (pracovních jednotek) a tyto dílky jsou rozesílány ke zpracování jednotlivým uživatelům, kteří si BOINC nainstalovali. Na vašem PC je jedna takováto jednotka o minimální velikosti (několik kB.) zpracována za pár hodin a poté automaticky odeslána zpět do centra projektu, kde dochází k opětovnému spojení jednotlivých dílků a k průzkumu výsledků.
Toto všechno si řídí klient systému BOINC na vašem PC sám, podle vašeho individuálního nastavení. Díky němu můžete věnovat výkon, který by jinak zůstal zcela nevyužitý na některý z projektů, který může například zásadně rozšířit naše znalosti z oblasti vesmíru, zemského klimatu, či genetiky. Je přeci obrovská škoda nechat váš PC při běžné práci s minimálním vytížení lenošit za tu spoustu peněz co jste do něj jistě investovali, když můžete pomoci něčemu rozumnému.

Proč bych se do BOINC vlastně měl zapojit?
Otázka ,,Co z toho vlastně budu mít?? je přesně tou, která hned napadne leckterého jedince, který se o BOINC poprvé dozví. Odpověď je, jak by se dalo očekávat, velice snadná: ,,Téměř nic?. Nečekejte že vám za to někdo bude posílat každý měsíc šek, nebo jiné peněžní dary, či lepší procesory, aby jste toho mohli více spočítat. Na takovéto hmatatelné odměny můžete rovnou zapomenout.
Ovšem není pravdou, že z toho nebudete mít zhola nic. Hlavním přínosem je pro většinu členů BOINC účast na skutečném vědeckém výzkumu a radost z toho, že pomáhají projektu, který dle jejich přesvědčení má opravdu smysl a který by bez lidí zapojených do BOINC prakticky neměl šanci existovat.
Míra práce každého jedince a jeho jednotlivých PC je také hodnocena přidělováním takzvaného Kreditu, který je automaticky přidělován za každou zpracovanou jednotku a jeho množství je odvozeno matematicky dle náročnosti výpočtu pro jednotlivou jednotku i projekt. Dle účtu vašeho Kreditu jsou vedeny i podrobné statistiky s pořadím nejen jednotlivců a projektů, ale v každém projektu i jednotlivých států a dokonce i týmů. Také existují statistiky hromadné, které zahrnují všechny projekty současně a veškeré výsledky v rámci BOINC projektů sčítají.
Ještě bych se chtěl zmínit o jedné velice využívané možnosti a tou je možnost vaší osobní či firemní prezentace prostřednictvím účasti na BOINC. Každý z uživatelů má možnost připojit ke svému účtu internetovou adresu, e-mail, logo a také profil s možností napsat do něj spoustu různých informací o své osobě, firmě, či nějaké životní moudro. Čím více budete na jednotlivých projektech aktivní a hlavně, pokud se zapojíte do některého z velkých týmů, tím více lidí bude váš účet zajímat a tím více lidí se s vaším profilem či internetovými stránkami seznámí. Další obrovská příležitost k vlastní prezentaci je vyhlašování uživatele dne, které je na každém projektu zvlášť a je vybíráno nahodile, takže i tomu nejslabšímu počtáři se může dostat takovéto výsady. Pracovník dne je umístěn vždy na hlavní stránku konkrétního projektu na celých 24 hodin i se svým profilem a tímto způsobem je prezentován před celým světem.
Otázka z úvodu tohoto odstavce by tedy neměla znít proč se vlastně do BOINC zapojit a co z toho budu mít, ale opačně: ,,Proč se vlastně nezapojit, když mě to vlastně nic nestojí, instalace zabere malou chvilku a pomohu tím některému z důležitých vědeckých výzkumů současnosti??

Do kterých projektů se tedy vlastně můžete díky systému BOINC zapojit?
Na prvním místě nemohu nezmínit projekt Seti@Home, jehož více jak šestileté působení ve světě distribuovaných výpočtů se těší obrovské světové popularitě. Tento již více jak 40 let trvající výzkum v roce 1999 uvedl mezi distribuované výpočty David Anderson, který v roce 2003 také stál u zrodu celého systému BOINC.

Jedná se o velice zajímavý a vskutku nadčasový projekt, který zajisté zaujme všechny nadšence vesmíru, kterým vrtá v hlavě pravděpodobně nejzásadnější otázka lidstva: ,,Jsme ve vesmíru sami?? Díky největšímu radioteleskopu na světě, který se nachází v Arecibu (Puerto Rico), který má centrum projektu k dispozici, zachytávají vesmírný šum v jeho rádiové podobě, následně filtrují tento zvuk od běžných rušení a ve výsledném signálu hledají jakékoliv anomálie, které by mohlo mít na svědomí vysílání od mimozemských civilizací. Tento projekt měl za dobu své existence několik desítek kandidátů na takovýto signál, ale prozatím ještě ten pravý důkaz stále nebyl nalezen. Jelikož se však již nejedná o vládní projekt, nemusíme se obávat, že existence takovéhoto vysílání by byla jakkoliv před veřejností utajována.

Climateprediction.net (CPDN)

Již z názvu projektu lze odvodit, že se zabývá zkoumáním zemského klimatu. Projekt však jde mnohem dále a za svůj cíl si klade co možná nejpřesnější předpověď vývoje klimatu na naší planetě do roku 2050.
Model funguje tak, že Země je po 2.5° šířky a 3.75° délky rozdělena na 96x72 buněk. Každá buňka má 19 výškových úrovní (1 na oceán + atmosféra). Pro každou buňku se počítá teplota, tlak, vlhkost, vektory větru, oblačnost a sníh/led.
Model se od nastavení počátečních podmínek a parametrů vyvíjí a počítají se hodnoty za každých 30 minut po dobu 45let. Z toho také vyplývá větší náročnost oproti ostatním BOINC projektům.

Více informací naleznete zde >>

Einstein@Home

Tento projekt se pomocí několika interferometrů obrovských rozměrů snaží zaznamenat a v další fázi zkoumat gravitační vlny ve vesmíru. Existenci těchto gravitačních vln předpověděl již před 100 lety Albert Einstein a na konci dvacátého století se ji podařilo nepřímo ověřit, ale stále nám chybí přímý důkaz a také to hlavní, možnost jejich zkoumání, díky kterému bychom se mohli nepřímo podívat do historie celého vesmíru zpětně až k velkému třesku. Je to možná neuvěřitelné, ale v gravitačních vlnách by se opravdu dalo číst téměř jako v knize, protože mají tu ojedinělou vlastnost, že jejich síla časem polevuje jen velice mizivě a je v nich zaznamenána každá velká událost, která se ve vesmíru stala.

ProteinPredictor

I z tohoto názvu lze mnohé odvodit a jen málo kdo by šlápnul vedle. Projekt se zabývá zkoumáním struktury proteinů v různých jejich variantách a mutacích s jasným eventuelním výsledkem - pomoci zmapovat co nejvíce z nich a díky těmto znalostem účinně bojovat nejen proti různým nemocem (např. rakovina), ale také zkoumat různé mutace, které se v přírodě vůbec nevyskytují.

LHC@Home

Další z velice zajímavých a gigantických projektů. Společnost CERN staví obrovský částicový urychlovač, v němž chce velice přesně řídit oběh částic obrovskou rychlostí a vyvolávat jejich srážky. Cílem takovéhoto výzkumu je díky srážkám napodobujícím velký třesk, vytvořit a zkoumat například částici Higgs Boson, který dle předpokladů při velkém třesku vznikl, ale v krátkém období po něm zanikl. Tato částice by měla zodpovídat i za hmotnost některých jiných částic a na svou velikost by měla mít obrovskou hmotnost.
V první fázi výpočtů jde převážně o simulace oběhů v urychlovači, aby se dalo dokončit ladění všech usměrňujících magnetů a přístroj mohl být v roce 2007 uveden do provozu. Poté se bude zpracovávat obrovské množství skutečných dat generovaných z oběhů částic v urychlovači.

BURP

Jedná se o začínající projekt několika nadšenců, kteří se díky systému BOINC pokouší zpracovávat grafické modely a textury. Tento projekt je zatím v počátcích, ale je do něj implantována spousta nových nápadů. Zakladatelé například plánují za určité množství Kreditu umožnit jednotlivým členům zpracování jejich osobních grafických modelů v projektu BURP, či nechat je samotné volit co se má dále zpracovávat. Jednalo by se prakticky o první skutečnou odměnu členům pracujícím na některém z projektů a tato myšlenka je jistě velice zajímavá.

Jak je vidět dle stručného výpisu, jedná se převážně o skutečné vědecké projekty s obrovským potenciálem, ale zároveň o projekty, které převážně bojují s financemi o vlastní přežití a tudíž si nemohou dovolit výpočetní prostředky pro zpracování veškerých svých dat. Proto prostřednictvím distribuovaných výpočtů žádají o pomoc veřejnost. Do systému BOINC se chystá zapojit ještě spousta dalších zajímavých projektů. Některé již na něm i spustily Alfa, nebo Beta testování, takže se jistě máme na co těšit. Postupně se jistě najde projekt pro každého člověka, projekt který mu bude svým zaměřením vyhovovat a na kterém se bude podílet.
Podrobný popis projektů naleznete buďto přímo na webu konkrétního projektu, nebo články s podrobným popisem projektů a návodem pro zapojení do systému BOINC na stránkách týmu CNT.

Ještě bych se chtěl okrajově zmínit o náročnosti takovýchto výpočtů pro váš počítač a na potřebný výpočetní čas.
Projekty nejsou nijak přehnaně náročné ani na operační paměť, (stačí dnes již běžných 128MB), ani na objem přenesených dat prostřednictvím internetu. Stačí i obyčejný modem s občasným připojením pro surfování, které systém využije k aktualizaci dat. S místem na vašem pevném disku si také nemusíte lámat hlavu. Klient běžně zabírá i se staženou prací pro několik dní zhruba 30MB. Výjimku v tomto ohledu tvoří pouze projekt CPDN, který bez větších problémů při výpočtu jedné pracovní jednotky nakyne až na neuvěřitelný 1GB a při zpracovávání více jednotek najednou se potřebný prostor ještě násobí.
Rovněž operační systém nerozhoduje, jelikož existuje klient jak na Windows, Linux/x86, Macintosh OS X, tak i Solaris/SPARC.
Při rozhodování, do kterého projektu se pustíte, bude jistě hrát nemalou roli i čas, který vám konkrétní projekt poskytne na zpracování vámi stažené výpočetní jednotky, který se podstatně u jednotlivých projektů liší.
Zajisté nejnáročnější v tomto ohledu je projekt BURP, který je velice nedočkavý a výsledky požaduje už do 24 hodin. Přesto že čas potřebný pro jejich zpracování je pouze několik desítek minut, je projekt vhodný spíše pro PC zapnuté větší část dne.
Další z časových kvót je již rozumnějších 7 dní, které má Einstein a Predictor, což je s průměrnou dobou potřebnou pro výpočet jedné jednotky cca 5-10hodin dostačující. Jen těžko bych našel ve svém okolí člověka, jehož PC nejede alespoň zmíněných 10h/týden. Velice nenáročný je v tomto měřítku projekt Seti@Home a LHC, které si počkají na výsledky 14 dní, i když čas na zpracování jedné jednotky je na průměrném PC pouze 4 hodiny.
Nejméně hladový je ale CPDN, u kterého máte na zpracování jedné jednotky celý jeden rok. Ovšem náročnost na výpočet tomuto údaji také odpovídá. Na dnešním průměrném PC vám bude trvat výpočet jedné takové CPDN jednotky kolem 800 hodin.

Jak si vede Česká republika?
Je až s podivem jak dobře si ve statistikách vede právě naše vlast, která se nachází nyní na 9. místě. V oblasti týmů působí v naší republice velice úspěšný Český národní tým (CNT) který je v současné době dokonce na neuvěřitelném druhém místě na světě z celkového počtu více než 51 tisíc týmů. Zájem o distribuované výpočty byl v České republice obrovský i před příchodem BOINC na projektech Seti@Home, Genome, Climate a dalších. S příchodem BOINC, který zahrnuje více projektů najednou pod jeden systém, se podařilo účastníky z naší republiky sloučit pod jeden obrovský tým CNT (Czech National Team), který je opravdovou světovou konkurencí. Tým CNT se stará mimo jiné i o propagaci BOINC v ČR na svých internetových stránkách www.CzechNationalTeam.cz a díky svému fóru a velice ochotným zakladatelům, pomáhá v začátcích všem členům, kteří se do systému BOINC a některého z jeho projektů chtějí zapojit a nevědí si s tím z počátku rady.
Podrobnou statistiku států naleznete zde >>

Jak je to s týmy v systému BOINC?
Založit tým je otázkou několika okamžiků a možná právě proto je jich několik tisíc. Naštěstí se již valná většina jednotlivců poučila z působení v původních samostatných projektech a s přechodem na BOINC docházelo a stále dochází k velkému spojování týmů do větších skupin, které mají větší šanci konkurovat těm nejlepším týmům světa.
V naší zemi se podařilo něco opravdu ojedinělého. Hned při startu BOINC se dohodli zakladatelé dvou z největších týmů na Seti@Home u nás (Hrusice CZ a Area 51) a dovedli týmy ke spojení pod výstižným názvem Czech National Team (CNT).

Společným úsilím se jim podařilo založit a vybudovat jeden z největších světových týmů (momentálně 2. na světě) který má již více než 4100 členů (údaj k 8.9.2006).
Došlo i ke sloučení internetových stránek, veškeré týmové komunikace a vytvoření velkého informačního webu, na kterém najdete vše co se okolo systému BOINC děje, společně s návody pro vstup do projektů a jejich popis. Nachází se na něm také společné komunikační fórum, v kterém uživatelé mohou řešit mezi sebou různé problémy a vyměňovat si rady a zkušenosti nejen o BOINC, ale i o jiných souvisejících tématech.
Úžasný úspěch CNT je založen na jedné podstatné věci, kterou si v ostatních státech nejspíš jen málokdo uvědomuje a to je staré známé přísloví: ,,V JEDNOTĚ JE SÍLA!?. A že jsou češi alespoň na BOINC jednotní, o tom vypovídá i podíl výkonu členů týmu CNT na celorepublikovém výkonu měrou 75%. Jako Česká republika se udržujeme stabilně na 9-10 místě mezi státy a s tím můžeme udělat opravdu málo, protože jsme prostě menší než spousta jiných států světa.
Vznik CNT měl a má hlavního ducha: Zviditelnit naší vlast před celým světem! A prozatím se mu to opravdu daří. Dle současných výsledků není nereálné probojovat se nejen na třetí pozici, ale od nejlepších výkonů ho dělí pouhých pár procent výkonu. Což není nereálné dohnat, pokud by se připojilo dalších pár desítek lidí a věnovali jinak zapomenutý a promrhaný výkon svého PC na vědecké výzkumy pod systémem BOINC a zapojili se právě do CNT.

Úspěchu lze dosáhnout i jako jednotlivec a není to v žádném případě nesplnitelný cíl, jelikož jen v první padesátce nejvýkonnějších pracantů je hned několik členů z naší země.

Proč se tedy do BOINC nezapojit?
Mezi lidmi, kteří o distribuovaných výpočtech vědí, ale nechtějí se zapojit, panuje hned několik mýtů:

Mýtus číslo 1 - Budu platit daleko více za elektřinu!
Je pravdou že PC na plný výkon si vezme o několik W (5-20 dle CPU) za hodinu více. Ale když uvážíme že 1000Wh u nás stojí 3 Kč, můžete si jistě sami představit, kolik haléřů zaplatíte asi navíc, když si BOINC nainstalujete.

Mýtus číslo 2 ? Potřebuji stálé připojení k internetu a to mě bude stát spoustu peněz navíc!
Není to vůbec pravda. Většině projektů stačí odeslání zpracovaných dat 1x za týden či dva a kdo by s tím měl i tak problém, stačí když se zapojí do projektu CPDN, kde stačí připojit se 1x za rok a to klidně i při přenesení na jiný PC (úplně z jiného PC než na kterém zpracovávání probíhalo).
Další z věcí, která se může dotýkat peněz za připojení je objem stahovaných dat a i v tomto ohledu vás mohu uklidnit. Jedna jednotka má dle projektu 10-350kB a odesílané výsledky většinou ještě méně. Stačí tedy pouze zapnout internet a kouknout se na nějakou stránku a než si stihnete přečíst první odstavec, klient BOINC si sám stáhne a odešle potřebná data, aniž byste si čehokoliv všimli a byli jím omezováni.

Mýtus číslo 3 ? PC bude stále vytíženo a dříve se porouchá!
O svůj PC nemusíte mít v tomto ohledu v žádném případě strach, protože i když se možná životnost CPU, či pamětí zkrátí z běžných 20 let na příkladně 15let, bude vám to už prakticky úplně jedno. Když budete mít svůj PC za tolik let ještě v provozuschopném stavu, bude mít hodnotu menší než knoflík na košili.

Mýtus číslo 4 ? BOINC má pořád nové verze klientů a musel bych je stále aktualizovat!
Toto by se opravdu mohlo jevit na první pohled, ale není tomu tak. Opravdu vycházejí nové verze klienta zhruba každý týden, ale ve valné většině se jedná o alfa či beta verze k otestování a ostré verze vycházejí prakticky zhruba jednou za čtvrt roku. Většinou to vůbec neznamená, že byste si ji museli stáhnout a instalovat. Většinou lze pracovat i na těch starších, jen se ochudíte o různé nové funkce. Seznam doporučených verzí klienta naleznete vždy na stránkách projektu, nebo na týmových stránkách CNT.

Mýtus číslo 5 ? Co když budu zpracovávat data v projektu skrytá, která se ho vůbec nebudou týkat?
Ano i takovéto domněnky panují ve veřejném mínění, běžně se hovoří o lámání různých armádních šifer, či výpočtů dráhy jaderných raket atd.. Mohl bych odpovědět jednou větou, jsou to nesmysly. Zdrojové kódy systému BOINC i některých projektů jsou otevřené a volně k dispozici a tak je vyloučené, aby se mohly výpočty zneužít pro něco jiného, než jsou skutečné vědecké projekty.

Je samozřejmé, že každý z nás obyčejných lidí se může zapojit pouze na omezenou dobu denně a převážně ne na plný výkon, ale to v žádném případě není rozhodující a podstatné, jelikož každá tato kapka dává dohromady ten obrovský světový i republikový výkon, který přesahuje i výkon největších světových superpočítačů. Přitom by tento výkon byl zcela zapomenut a promrhán bez distribuovaných výpočtů a systému BOINC, který do této oblasti přinesl skutečný uživatelský komfort.

Tento článek o BOINC jsem sepsal hlavně pro zcela nezasvěcené. Je koncipován i pro uveřejnění v jakémkoliv tisku a časopise, takže kdo má jakékoliv kontakty, tak je prosím využijte, abychom pomohli dostat BOINC do povědomí, co nejvíce lidí. Pokud byste našli v článku jakoukoliv nepřesnost či chybu, prosím o upozornění na e-mail.

| Petr Drhlík | SETI@home | Seznam | Google| Planetarium |Atlas | Webzdarma | iDNES | iZITRA | IDOS | ICQ | Quick | Centrum | Yahoo | Eurotel | Webcams | Novinky | Cestiny |