Hitchhiker的Galaxy指南由Douglas Adams,傲慢的超级计算机深思熟虑被问到是否能找到有关生活,宇宙和一切的最终问题的答案。它回复了,是的,它可以做到这一点,但这很棘手,它必须考虑它。当被问到它追回需要多长时间,“七百万年。我告诉过你,我必须考虑它。“

现实生活超级计算机被问到较少的广泛问题,但仍然是棘手的问题:如何解决Covid-19大流行。他们被用来了许多应对疾病的方面,包括预测病毒的传播,优化联系跟踪,为医生提供资源并为设计疫苗和快速测试工具提供决策,并理解打喷嚏。并且在相当较短的时间框架中需要答案而不是深思熟虑提出。

最多的Covid-19超级计算项目涉及设计药物。它可能需要几种有效的药物来治疗这种疾病。超级计算机允许研究人员采取合理的方法并旨在选择性地枪口蛋白那个SARS-COV-2,导致Covid-19的病毒,需要其生命周期。

病毒基因组编码病毒所需的蛋白质来感染人类并复制。其中是嗅探和渗透的臭名昭着的穗蛋白它的人类细胞靶,但还有酶和分子机器,病毒迫使其人类受试者为其产生。寻找可以与这些蛋白质结合的药物并阻止他们工作是一种逻辑的方式。

Oak Ridge国家实验室的峰会超级计算机的高峰表现为每秒200,000万亿计算,相当于大约一百万的笔记本电脑。图像信用:Oak Ridge国家实验室,美国部门CC by

我是分子生物物理学家。我的实验室,在分子生物物理学中心在田纳西大学和橡树岭国家实验室,使用超级计算机来发现药物。我们构建三维虚拟模型的生物分子,如细胞和病毒使用的蛋白质,并模拟各种化合物与这些蛋白质相互作用的蛋白质。我们测试数千种化合物以找到与目标蛋白质“码头”的化合物。这些化合物适合,锁定和关键的风格,蛋白质是潜在的疗法。

然后通过实验测试排名排名的候选者,看看它们是否确实与其目标结合,并且在Covid-19的情况下,阻止病毒感染人细胞。该化合物首先在细胞中进行测试,然后在动物中进行测试,最后是人类。具有高性能计算的计算药物发现对于在过去寻找抗病毒药物方面非常重要,例如彻底改变艾滋病治疗的抗HIV药物在20世纪90年代。

世界上最强大的电脑

自20世纪90年代以来,超级计算机的力量增加了一百万倍左右。首脑在橡树岭国家实验室目前是世界上最强大的超级计算机,并具有大致的综合力量一百万笔记本电脑。今天的一台笔记本电脑大致与超级计算机有大致相同的力量。

但是,为了汇率速度,超级计算机架构变得更加复杂。他们曾经包含单身,非常强大的芯片,这些芯片将简单地运行更快。现在,它们由数千个处理器组成,进行大规模并行处理,其中许多计算,例如测试用病原体或细胞蛋白对药物的潜力进行停靠,同时进行。说服那些处理器共同努力和谐地是颈部的痛苦,但意味着我们可以很快尝试大量的化学品。

此外,研究人员使用超级计算机通过模拟仿真不同的形状由靶结合位点形成,然后几乎是码头化合物到每个形状。在我的实验室中,该程序已经制作了实验验证的命中化学品,该化学品为16个蛋白质目标,即医师 - 科学家和生物化学家在过去几年中发现的。选择这些目标是因为发现与它们停靠的化合物可能导致药物治疗不同疾病,包括慢性肾病,前列腺癌,骨质疏松症,糖尿病,血栓形成和细菌感染。

科学家正在使用超级计算机来寻找禁用各种蛋白质的方法 - 包括臭名昭着的穗蛋白(绿色突起) - 由SARS-COV-2引发,该病毒负责Covid-19。图片信用:Thomas SplettStoesser Scistyle.com,cc by-nd

数十亿可能性

那么Covid-19正在哪些化学品?第一个方法正在尝试已经存在于其他适应症的药物而且我们有一个非常好的主意相当安全。那被称为“重新制作,“如果它有效,监管批准将是快速的。

但是,重新展示不一定以最合理的方式完成。One idea researchers are considering is that drugs that work against protein targets of some other virus, such as the flu, hepatitis or Ebola, will automatically work against Covid-19, even when the SARS-CoV-2 protein targets don’t have the same shape.

我们自己的工作现在已经扩大到了SARS-COV-2的10个目标,我们也在寻找破坏病毒对人体细胞的攻击的人蛋白靶标。我们计算的排名级化合物正在通过实验测试对抗活病毒的活动。这些已经发现了几个活跃。最好的方法是检查重新腐败的化合物是否实际与预期目标结合。为此,我的实验室发布了一份超级计算机驱动的初步报告解码复合数据库的对接研究2月中旬。该研究按照它们与病毒刺激蛋白结合的方式排序为8,000种化合物。本文引发了一个建立高性能计算联盟对阵我们的病毒敌人,由3月份总统宣布。我们的几种排名排名的化合物现在正在临床试验中。

此外,我们和其他人也冒险进入野生世界的新药物发现,为Covid-19寻找以前从未被尝试过的化合物。这些化合物的数十亿数据库存在,所有这些化合物都可能是原则上的原则上合成,但大多数从未制作过。亿复合对接是一种量身定制的任务,用于大规模平行的超级计算。

ExaScale时代的黎明

在橡树岭的下一个大机器的到来,工作将得到帮助,叫做边境,计划明年。边疆应该比山顶更强大的10倍。边境将使“ExaScale”超级计算的时代,意思是每秒1,000,000,000,000,000,000 000,000计算的机器。

虽然有些恐惧超级计算机将接管世界,至少,至少,他们是人类的仆人,这意味着他们做了我们告诉他们的事情。不同的科学家对如何计算哪种药物效果最佳 - 一些更喜欢人工智能例如,所以发生了很多争论。

希望科学家们与世界上最强大的电脑武装,迟早会发现处理Covid-19所需的药物。如果他们这样做,那么他们的答案将更加接近,如果不太思考,而不是深思熟虑的最终问题的答案,这是疯狂的,只是42.谈话

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图像信用:NIH / NIAID.

杰里米C.史密斯教授在法国,德国和美国领导了研究群体。1985年在LEEDS和London University的教育之后,他成为哈佛大学诺贝尔·劳特·马丁卡普拉姆的博士后研究员和讲师。1989年,他在萨莱特·萨莱的L'Energie Atomique建立了一个生物分子模拟小组。1998年,他成为椅子......