2025 ASC世界大學(xué)生超級計算競賽(ASC25)已經(jīng)進(jìn)入預(yù)賽階段,通過預(yù)賽的隊伍將參加5月10日-14日在青海大學(xué)舉行的總決賽。來自全球各地的300多支高校隊伍正在挑戰(zhàn)一道多流程應(yīng)用優(yōu)化難題——RNA甲基化修飾位點檢測,他們將優(yōu)化RNA分子上一種特殊的化學(xué)修飾(5-甲基胞嘧啶)的位點檢測的計算流程和性能,確保每個環(huán)節(jié)都能正確運(yùn)行并輸出準(zhǔn)確結(jié)果。
在生物體內(nèi),RNA主要有三種類型:信使RNA(mRNA)、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)和核糖體RNA(rRNA),它們各自承擔(dān)著不同的生物學(xué)功能。如果把DNA比作一本存儲生命密碼的百科全書,那么mRNA就是從這本巨著中提煉出的“精華速讀版”,雖然這本書的容量可能還不及DNA的1%,但是人類依然難以完全讀懂。而mRNA修飾就像是這本“精華”上的注釋和標(biāo)記,能夠指導(dǎo)細(xì)胞高效翻譯信息、合成蛋白質(zhì),以及執(zhí)行生命活動過程。精準(zhǔn)調(diào)控mRNA修飾對于腫瘤的發(fā)生和免疫治療,以及新藥物靶點發(fā)現(xiàn)等具有重要研究價值。
諾貝爾獎前沿探索:mRNA的“標(biāo)記”如何改寫生命邏輯?
2023年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予了卡塔琳·考里科(Katalin Karikó)和德魯·韋斯曼(Drew Weissman),以表彰他們在核苷堿基修飾方面的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。他們的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)mRNA中包含特定的堿基修飾時(如假尿苷、5-甲基胞嘧啶等),可以顯著降低mRNA的免疫原性,從而避免引發(fā)嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)解決了mRNA疫苗開發(fā)中的關(guān)鍵難題,極大地推動了mRNA技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
目前,科學(xué)家們已經(jīng)在包括mRNA在內(nèi)的各類RNA分子上鑒定出超過170種不同類型的修飾,這些修飾通過影響RNA轉(zhuǎn)錄、剪接、出核、穩(wěn)定性和翻譯等加工代謝過程,決定RNA分子的命運(yùn),進(jìn)而影響細(xì)胞的生命活動進(jìn)程。因此,如何高效、準(zhǔn)確地識別修飾位點,進(jìn)而探究其作用機(jī)制及生物學(xué)功能,對于理解生命活動的基本機(jī)制以及開發(fā)新的治療方法具有極為重要的意義。而計算技術(shù)的引入,為解決這一問題提供了有力支持。
用超算破解生物密碼:交叉學(xué)科的硬核挑戰(zhàn)
ASC25的RNA甲基化修飾位點檢測賽題與這一研究密切相關(guān),聚焦mRNA上一種名為“5-甲基胞嘧啶”(m5C)的修飾,希望對其位點進(jìn)行高效和準(zhǔn)確地識別定位。m5C的研究尚處于起步階段,且檢測假陽性率高,是當(dāng)前生物信息學(xué)的痛點。
這是ASC競賽組委會首次將流程化應(yīng)用納入賽題范疇,參賽者需要詳細(xì)研究m5C檢測分析流程,從樣本數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確定位m5C修飾位點,降低誤報率并最大化提升流程運(yùn)行效率。賽題涉及多個工具軟件的優(yōu)化,整體的復(fù)雜性有很大提升,每一步驟都應(yīng)緊密結(jié)合生物學(xué)意義,確保能夠清晰反映生物學(xué)的核心邏輯和目標(biāo),避免為了追求速度或效率而跳過關(guān)鍵步驟。此外,每個工具軟件的輸入輸出格式不完全一致,參賽者需要解決不同工作語言環(huán)境和不同腳本的協(xié)同優(yōu)化問題,在此基礎(chǔ)上盡可能提高代碼的執(zhí)行效率。
RNA甲基化修飾位點檢測賽題專家、中國科學(xué)院北京基因組研究所(國家生物信息中心)研究員劉肇祺表示,在技術(shù)革命的推動下,生命科學(xué)研究已經(jīng)進(jìn)入一個需要依賴計算數(shù)據(jù)驅(qū)動的全新階段。大學(xué)生通過ASC競賽可以深入了解生物科學(xué)與計算科學(xué)的交叉領(lǐng)域,并運(yùn)用超級計算機(jī)的強(qiáng)大能力,解決真實的生物學(xué)問題,推動科研創(chuàng)新。希望每位參賽者不僅要展現(xiàn)技術(shù)實力,更應(yīng)通過競賽為未來科研開拓新視野,最終讓算法真正服務(wù)于科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
ASC世界大學(xué)生超級計算機(jī)競賽(ASC Student Supercomputer Challenge)由中國發(fā)起組織,并得到亞洲及歐美相關(guān)專家和機(jī)構(gòu)支持,旨在通過大賽平臺推動各國及地區(qū)間超算青年人才交流和培養(yǎng),提升超算應(yīng)用水平和研發(fā)能力,發(fā)揮超算的科技驅(qū)動力,促進(jìn)科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。ASC超算大賽迄今已舉行至第十二屆,吸引來自全球六大洲上萬名大學(xué)生報名參賽,是全球最大規(guī)模的大學(xué)生超算競賽。
