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全球最快学术超算!科学家利用Frontera精准模拟新冠病毒如何在体内感染

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 Evelyn Zhang • 2020-03-25 17:58:46 来源:前瞻网 E3465G0

科学家们正在准备打造他们所期望的巨大的冠状病毒计算机模型,从而可以深入了解它如何在体内感染。

他们已迈出了第一步,测试了模型的第一部分,并在德克萨斯大学奥斯汀分校的德克萨斯高级计算中心(TACC)的Frontera超级计算机上优化了代码。

据悉,从完整模型中获得的这些知识和数据,可以帮助研究人员设计新药和疫苗来对抗冠状病毒。

超算 千万亿次时代

Rommie Amaro致力于构建其外部组件SARS-COV-2冠状病毒包膜的第一个完整的全原子模型。“如果我们对粒子的外部外观和行为有一个好的模型,我们将对涉及分子识别的不同成分有一个很好的认识。”分子识别涉及病毒如何与ACE2受体以及宿主细胞膜内可能的其他靶标相互作用。Amaro是加利福尼亚大学圣地亚哥分校的化学和生物化学教授。

据该团队的预期,他们的冠状病毒模型将包含大约2亿个原子。这是一项艰巨的任务,因为必须计算每个原子之间的相互作用。她的团队的工作流程采用混合或集成建模方法。

2020年3月12日至13日,Amaro实验室在Frontera的多达4,000个节点或约250,000个处理核心上进行了分子动力学模拟。

根据2019年11月的全球超级计算机榜单TOP 500,Frontera是全球排名第五的超级计算机和学术超级计算机的第一名,它是国家科学基金会支持的领先级高性能计算系统。

Rommie Amaro表示:“只有在像Frontera这样的机器上或在能源部的机器上才能进行这种规模的模拟。”“我们直接与Frontera团队联系,他们一直很慷慨地给我们提供基准测试的优先权,并尝试优化代码,以便一旦系统真正启动并运行,这些模拟就可以尽可能高效地运行。”

Amaro处理冠状病毒的工作建立在她对流感病毒包膜进行全原子模拟的成功基础上,该模拟发表于2020年2月的ACS Central Science中。而流感方面的研究,有很多也与新冠病毒的研究相关联。

“这是对我们的方法和适应新数据并立即进行启动和运行的能力的出色测试。” “我们花了一年或更多的时间来建立流感病毒的外壳,并使其在国家超级计算机上启动并运行。对于流感,我们使用了Blue Waters超级计算机,在某些方面,它是Frontera的前身。但是,这项工作冠状病毒的进展显然要快得多。这之所以能够实现,部分原因是我们早先在Blue Waters上所做的工作。”

Rommie Amaro表示,如果能够借此理解这些不同的特征,那么科学家就有更好的机会来设计新药物,了解当前药物的工作方式和潜在药物组合的工作方式。从这些模拟中获得的信息是多方面的和多维的,将对第一线的科学家以及长期的长期研究人员有用。

目前,全球不少实验室已经开始结合超算的能力来进行新冠病毒方面的研究。据外媒报道,为寻找针对新型冠状病毒的疫苗和疗法,美国近日宣布将为研究人员提供了16台超级计算机。3月12日,隶属于美国能源部的橡树岭国家实验室称,其研究团队正在用全球最快的超级计算机对战新冠病毒,帮助研究人员部署预测模型,分析新冠疫情的发展过程,加速推进病毒治疗进程。3月19日,这台Summit超算运行了8000个模拟程序,来分析哪些药物化合物可以有效阻止新冠病毒感染宿主细胞。目前超级计算机识别出其中77个。

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