日前，隸屬于美國(guó)能源部的橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室稱，其研究團(tuán)隊(duì)正在用全球最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)戰(zhàn)新冠病毒。
據(jù)介紹，該實(shí)驗(yàn)室研究人員利用IBM Summit（頂點(diǎn)）超級(jí)計(jì)算機(jī)，對(duì)8000多種化合物進(jìn)行模擬，并篩選出77種小分子藥物化合物。這些化合物可能值得在抗擊新冠病毒的斗爭(zhēng)中進(jìn)一步研究。
Summit號(hào)稱目前全世界最強(qiáng)大、最聰明的超級(jí)計(jì)算機(jī)。科技日?qǐng)?bào)記者從IBM中國(guó)公司了解到，Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)的峰值性能達(dá)到每秒20億億次浮點(diǎn)運(yùn)算，在功能上比一百萬臺(tái)高端筆記本電腦還要強(qiáng)大。
計(jì)算機(jī)模擬可縮小潛在變量范圍
之前的研究發(fā)現(xiàn)，2019新型冠狀病毒感染人體細(xì)胞的關(guān)鍵在于，病毒表面的刺突蛋白與人體ACE2 蛋白結(jié)合。
據(jù)介紹，美國(guó)研究人員在Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)上對(duì)8000多種化合物進(jìn)行了模擬，以篩選那些最有可能與冠狀病毒刺突蛋白結(jié)合的化合物，從而使冠狀病毒無法感染宿主細(xì)胞。
隨后，他們把可能對(duì)病毒實(shí)驗(yàn)研究有價(jià)值的化合物進(jìn)行了排序。其研究結(jié)果已發(fā)布在化學(xué)領(lǐng)域預(yù)印論文系統(tǒng)ChemRxiv上。
“在試圖了解諸如病毒之類的新型生物化合物時(shí)，實(shí)驗(yàn)室的研究人員往往會(huì)培養(yǎng)微生物，并觀察微生物在現(xiàn)實(shí)中如何對(duì)新引入的新型化合物作出反應(yīng)。”IBM認(rèn)知系統(tǒng)事業(yè)部技術(shù)計(jì)算副總裁戴夫·圖雷克表示，如果不借助計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬縮小潛在變量范圍，該過程可能會(huì)特別漫長(zhǎng)。
除了縮小潛在變量范圍，計(jì)算機(jī)模擬還可以充當(dāng)更多角色。
“在不了解病毒分子結(jié)構(gòu)時(shí)，計(jì)算機(jī)模擬可以獲得病毒分子結(jié)構(gòu)；在已知病毒分子結(jié)構(gòu)的情況下，計(jì)算機(jī)模擬可以探究分子的關(guān)鍵位點(diǎn)，為后續(xù)病毒抑制藥物篩選打好基礎(chǔ)。”北科院北京市計(jì)算中心副研究員裴智勇接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說。
對(duì)于計(jì)算機(jī)模擬生物反應(yīng)的一般過程，裴智勇告訴記者，首先要確定研究對(duì)象，比如要研究哪兩個(gè)或哪幾個(gè)分子。然后，通過文獻(xiàn)報(bào)道或其他方法確定分子的作用位點(diǎn)，并按照一定規(guī)則構(gòu)建模型，提交計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。最后，分析計(jì)算結(jié)果。
研究時(shí)間由數(shù)月縮至一兩天
但是，即使使用計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬，依然會(huì)存在很多挑戰(zhàn)。這時(shí)候，超級(jí)計(jì)算機(jī)就派上用場(chǎng)了。
圖雷克介紹，計(jì)算機(jī)模擬可以檢查不同變量如何對(duì)不同病毒作出反應(yīng)。但是，當(dāng)這些變量中的每單個(gè)變量都包含數(shù)百萬乃至數(shù)十億個(gè)獨(dú)一無二的數(shù)據(jù)段，需要運(yùn)行多次模擬時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)硬件就難以承載這樣巨大的工作量，從而變成一個(gè)極度耗時(shí)的時(shí)間密集型過程。
“由于計(jì)算機(jī)模擬涉及每一個(gè)原子與其他原子的相互作用，計(jì)算量相當(dāng)大。再加上病毒分子本身相對(duì)較大，所以對(duì)于病毒分子的模擬需要用超級(jí)計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)相關(guān)的計(jì)算，普通計(jì)算機(jī)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒的模擬計(jì)算。”裴智勇說。
裴智勇告訴科技日?qǐng)?bào)記者，除此之外，利用超級(jí)計(jì)算機(jī)還可以模擬更大體系的研究，比如病毒與宿主細(xì)胞等體系的研究。
就美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)研究而言，裴智勇認(rèn)為，通過計(jì)算機(jī)模擬8000多種化合物，計(jì)算量確實(shí)挺大的。
Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)輕松解決了計(jì)算量大和極度耗時(shí)的問題。記者從IBM中國(guó)公司了解到，Summit由IBM精心打造，是一種專為數(shù)據(jù)和人工智能而設(shè)計(jì)的新型超級(jí)計(jì)算機(jī)，可以為研究人員帶來海量數(shù)據(jù)處理能力。
美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分子生物物理學(xué)中心主任杰瑞米·史密斯是研究人員之一，他以自己的真實(shí)體驗(yàn)形容了Summit發(fā)揮的作用。
“我們需要通過Summit來迅速獲得我們所需的模擬結(jié)果，這會(huì)花費(fèi)我們一兩天的時(shí)間。然而，使用普通計(jì)算機(jī)則可能花費(fèi)數(shù)月時(shí)間。”史密斯說，使用Summit這樣的超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)于快速獲得結(jié)果很重要。
史密斯表示，得出模擬結(jié)果并不意味著已經(jīng)找到治療新冠肺炎的方法。但是，他們非常希望計(jì)算結(jié)果能夠?yàn)閷淼难芯刻峁﹨⒖迹閷?shí)驗(yàn)人員提供一個(gè)框架，用于進(jìn)一步研究這些化合物。
