2025 ASC世界大學生超級計算競賽(ASC25)已經進入預賽階段,通過預賽的隊伍將參加5月10日-14日在青海大學舉行的總決賽。來自全球各地的300多支高校隊伍正在挑戰一道多流程應用優化難題——RNA甲基化修飾位點檢測,他們將優化RNA分子上一種特殊的化學修飾(5-甲基胞嘧啶)的位點檢測的計算流程和性能,確保每個環節都能正確運行并輸出準確結果。
在生物體內,RNA主要有三種類型:信使RNA(mRNA)、轉運RNA(tRNA)和核糖體RNA(rRNA),它們各自承擔著不同的生物學功能。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”上的注釋和標記,能夠指導細胞高效翻譯信息、合成蛋白質,以及執行生命活動過程。精準調控mRNA修飾對于腫瘤的發生和免疫治療,以及新藥物靶點發現等具有重要研究價值。
諾貝爾獎前沿探索:mRNA的“標記”如何改寫生命邏輯?
2023年諾貝爾生理學或醫學獎授予了卡塔琳·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性發現。他們的研究發現,當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,從而避免引發嚴重的炎癥反應。這一發現解決了mRNA疫苗開發中的關鍵難題,極大地推動了mRNA技術在醫學領域的應用。
目前,科學家們已經在包括mRNA在內的各類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轉錄、剪接、出核、穩定性和翻譯等加工代謝過程,決定RNA分子的命運,進而影響細胞的生命活動進程。因此,如何高效、準確地識別修飾位點,進而探究其作用機制及生物學功能,對于理解生命活動的基本機制以及開發新的治療方法具有極為重要的意義。而計算技術的引入,為解決這一問題提供了有力支持。
用超算破解生物密碼:交叉學科的硬核挑戰
ASC25的RNA甲基化修飾位點檢測賽題與這一研究密切相關,聚焦mRNA上一種名為“5-甲基胞嘧啶”(m5C)的修飾,希望對其位點進行高效和準確地識別定位。m5C的研究尚處于起步階段,且檢測假陽性率高,是當前生物信息學的痛點。
這是ASC競賽組委會首次將流程化應用納入賽題范疇,參賽者需要詳細研究m5C檢測分析流程,從樣本數據中準確定位m5C修飾位點,降低誤報率并最大化提升流程運行效率。賽題涉及多個工具軟件的優化,整體的復雜性有很大提升,每一步驟都應緊密結合生物學意義,確保能夠清晰反映生物學的核心邏輯和目標,避免為了追求速度或效率而跳過關鍵步驟。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境和不同腳本的協同優化問題,在此基礎上盡可能提高代碼的執行效率。
RNA甲基化修飾位點檢測賽題專家、中國科學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,在技術革命的推動下,生命科學研究已經進入一個需要依賴計算數據驅動的全新階段。大學生通過ASC競賽可以深入了解生物科學與計算科學的交叉領域,并運用超級計算機的強大能力,解決真實的生物學問題,推動科研創新。希望每位參賽者不僅要展現技術實力,更應通過競賽為未來科研開拓新視野,最終讓算法真正服務于科學發現。
ASC世界大學生超級計算機競賽(ASC Student Supercomputer Challenge)由中國發起組織,并得到亞洲及歐美相關專家和機構支持,旨在通過大賽平臺推動各國及地區間超算青年人才交流和培養,提升超算應用水平和研發能力,發揮超算的科技驅動力,促進科技與產業創新。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生報名參賽,是全球最大規模的大學生超算競賽。
