2025 ASC世界大学生超级计算竞赛(ASC25)已经进入预赛阶段,通过预赛的队伍将参加5月10日-14日在青海大学举行的总决赛。来自全球各地的300多支高校队伍正在挑战一道多流程应用优化难题——RNA甲基化修饰位点检测,他们将优化RNA分子上一种特殊的化学修饰(5-甲基胞嘧啶)的位点检测的计算流程和性能,确保每个环节都能正确运行并输出准确结果。
在生物体内,RNA主要有三种类型:信使RNA(mRNA)、转运RNA(tRNA)和核糖体RNA(rRNA),它们各自承担着不同的生物学功能。如果把DNA比作一本存储生命密码的百科全书,那么mRNA就是从这本巨著中提炼出的“精华速读版”,虽然这本书的容量可能还不及DNA的1%,但是人类依然难以完全读懂。而mRNA修饰就像是这本“精华”上的注释和标记,能够指导细胞高效翻译信息、合成蛋白质,以及执行生命活动过程。精准调控mRNA修饰对于肿瘤的发生和免疫治疗,以及新药物靶点发现等具有重要研究价值。
诺贝尔奖前沿探索:mRNA的“标记”如何改写生命逻辑?
2023年诺贝尔生理学或医学奖授予了卡塔琳·考里科(Katalin Karikó)和德鲁·韦斯曼(Drew Weissman),以表彰他们在核苷碱基修饰方面的开创性发现。他们的研究发现,当mRNA中包含特定的碱基修饰时(如假尿苷、5-甲基胞嘧啶等),可以显著降低mRNA的免疫原性,从而避免引发严重的炎症反应。这一发现解决了mRNA疫苗开发中的关键难题,极大地推动了mRNA技术在医学领域的应用。
目前,科学家们已经在包括mRNA在内的各类RNA分子上鉴定出超过170种不同类型的修饰,这些修饰通过影响RNA转录、剪接、出核、稳定性和翻译等加工代谢过程,决定RNA分子的命运,进而影响细胞的生命活动进程。因此,如何高效、准确地识别修饰位点,进而探究其作用机制及生物学功能,对于理解生命活动的基本机制以及开发新的治疗方法具有极为重要的意义。而计算技术的引入,为解决这一问题提供了有力支持。
用超算破解生物密码:交叉学科的硬核挑战
ASC25的RNA甲基化修饰位点检测赛题与这一研究密切相关,聚焦mRNA上一种名为“5-甲基胞嘧啶”(m5C)的修饰,希望对其位点进行高效和准确地识别定位。m5C的研究尚处于起步阶段,且检测假阳性率高,是当前生物信息学的痛点。
这是ASC竞赛组委会首次将流程化应用纳入赛题范畴,参赛者需要详细研究m5C检测分析流程,从样本数据中准确定位m5C修饰位点,降低误报率并最大化提升流程运行效率。赛题涉及多个工具软件的优化,整体的复杂性有很大提升,每一步骤都应紧密结合生物学意义,确保能够清晰反映生物学的核心逻辑和目标,避免为了追求速度或效率而跳过关键步骤。此外,每个工具软件的输入输出格式不完全一致,参赛者需要解决不同工作语言环境和不同脚本的协同优化问题,在此基础上尽可能提高代码的执行效率。
RNA甲基化修饰位点检测赛题专家、中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)研究员刘肇祺表示,在技术革命的推动下,生命科学研究已经进入一个需要依赖计算数据驱动的全新阶段。大学生通过ASC竞赛可以深入了解生物科学与计算科学的交叉领域,并运用超级计算机的强大能力,解决真实的生物学问题,推动科研创新。希望每位参赛者不仅要展现技术实力,更应通过竞赛为未来科研开拓新视野,最终让算法真正服务于科学发现。
ASC世界大学生超级计算机竞赛(ASC Student Supercomputer Challenge)由中国发起组织,并得到亚洲及欧美相关专家和机构支持,旨在通过大赛平台推动各国及地区间超算青年人才交流和培养,提升超算应用水平和研发能力,发挥超算的科技驱动力,促进科技与产业创新。ASC超算大赛迄今已举行至第十二届,吸引来自全球六大洲上万名大学生报名参赛,是全球最大规模的大学生超算竞赛。
