Rosetta@home
新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の原因ウイルスSARS-CoV-2の解析プロジェクトに参加したいという新規ユーザの流入に伴い、Rosetta@homeは2020年3月28日時点で最大1.7ペタフロップスまで計算能力を向上させた。2020年9月9日、Rosetta@homeの研究者は、SARS-CoV-2に対する10種の強力な抗ウイルス剤候補を説明する論文を発表した。Rosetta@homeはこの研究に貢献し、これらの抗ウイルス剤候補は、第1相臨床試験 (2022年初頭に開始される可能性がある) に向かっている。Rosetta@homeチームによると、Rosettaのボランティアはナノ粒子ワクチンの開発に貢献した。このワクチンはライセンスされ、2021年6月に第I/II相臨床試験を開始したIcosavaxのIVX-411(英語版)と、SK Bioscienceが開発中で、韓国ですでに第III相臨床試験が承認されている(Skycovione) GBP510として知られている。
また、Institute of Protein Design (IPD) で初めて作成され、2019年1月に論文発表された抗がん剤候補のNL-201(英語版)は、IPDからスピンオフしたNeoleukin Therapeuticsの支援を受けて、2021年5月に第1相ヒト臨床試験を開始した。Rosetta@homeはNL-201の開発で役割を果たし、タンパク質設計の検証に役立つ「フォワードフォールディング」実験で貢献した。
Rosetta@homeは、複数の複合タンパク質または四次構造 (英語版) の構造を決定するタンパク質-タンパク質ドッキング (英語版) 予測にも使用されている。 この種のタンパク質相互作用は、抗原抗体や酵素阻害剤の結合、細胞内外間の輸送など、多くの細胞機能に影響を与える。 これらの相互作用を決定することは、医薬品設計にとって非常に重要である。
Rosettaは「タンパク質間相互作用予測精密評価」(CAPRI) 実験に使用されており、CASPがタンパク質構造予測の進歩を評価するのと同様に、タンパク質ドッキング分野の状態を評価する。 Rosetta@home のプロジェクトボランティアによって提供された計算能力は、CAPRI での Rosetta のパフォーマンスの主な要因として挙げられており、そのドッキング予測は最も正確で完全なものの一つとなっている。
2008年初頭、Rosettaは自然界では観測されたことのない機能を持つタンパク質を計算で設計するために使用された。これは、2004年に発表された、天然型に比べて酵素活性が向上したタンパク質を計算で設計したという注目を集めていた論文が撤回されたことに端を発している。このタンパク質がどのようにして作られたかを説明した David Baker 氏のグループの 2008 年の研究論文は、Rosetta@home が利用可能な計算機リソースを引用したもので、このタンパク質設計法の重要な概念の証明となった。この種のタンパク質設計は、将来的には創薬、グリーンケミストリー、バイオレメディエーションなどへの応用が期待されている。
他のBOINCプロジェクトと同様に、Rosetta@homeは、ホストOSのアカウントにログインする前に、アイドル状態のコンピュータの電力を使って、ユーザのコンピュータのバックグラウンドで実行される。プログラムは、他のアプリケーションが必要とする CPU からリソースを解放し、通常のコンピュータの使用に影響を与えない。多くのプログラム設定は、ユーザーアカウントの環境設定を介して指定することができる。プログラムが使用できる CPU リソースの最大割合(持続的な容量で実行されているコンピュータの消費電力や発熱を制御するため)、プログラムを実行できる 1 日の時間帯、その他多くの設定がある。
Rosetta@home ネットワーク上で動作するソフトウェアである Rosetta は、Fortran で書かれたオリジナルバージョンよりも開発が容易になるように C++ で書き直された。この新バージョンはオブジェクト指向で、2008年2月8日にリリースされた。ロゼッタコードの開発はロゼッタコモンズによって行われている。このソフトウェアはアカデミックコミュニティに自由にライセンスされており、製薬会社には有償で提供されている。
2つのバージョンは、側鎖のモデル化、デコイ (英語版) の選択、その他の分野で若干の違いがあった。これらの違いにもかかわらず、BakerとGrayの両手法は、第2回CAPRI評価で30の予測グループの中でそれぞれ5位と7位にランクインし、良好な結果を残した。Jeffrey Gray氏のRosettaDockサーバーは、非商用利用のための無料ドッキング予測サービスとして提供されている。
2006年10月、RosettaDockはRosetta@homeに統合された。 この方法では、タンパク質のバックボーン (英語版) のみを使用した高速で粗いドッキングモデルのフェーズを使用した。 この段階では、相互作用する2つのタンパク質の相対的な配向、およびタンパク質-タンパク質界面での側鎖相互作用を同時に最適化して、最も低いエネルギーのコンフォメーションを見つけることができる。Rosetta@homeネットワークによる計算能力の大幅な向上と、バックボーンの柔軟性とループモデリング (英語版) のための修正されたフォールドツリー表現との組み合わせにより、RosettaDockは第3回CAPRI評価で63の予測グループのうち6位になった。
タンパク質研究に関わる主要な分散コンピューティングプロジェクトの中で、BOINCプラットフォームを使用していないのはFolding@homeだけである。Rosetta@homeもFolding@homeもアルツハイマー病のようなタンパク質のミスフォールディング疾患を研究しているが、Folding@homeはそれ以上のことを専ら行っている。Folding@homeは、タンパク質がどのように折り畳まれるのか、なぜ折り畳まれるのか(あるいは、折り畳まれる可能性があるのか、そして、その後に凝集して病気を引き起こすのか)を理解するために、ほぼ独占的に全原子分子動力学モデルを使用している。言い換えれば、Folding@homeの強みはタンパク質の折り畳み過程のモデリングであり、Rosetta@homeの強みはタンパク質の設計を計算し、タンパク質の構造とドッキングを予測することである。