對戰新冠病毒 超級計算機派上用場

日前，隸屬于美國能源部的橡樹嶺國家實驗室稱，其研究團隊正在用全球最快的超級計算機對戰新冠病毒。

據介紹，該實驗室研究人員利用IBM Summit(頂點)超級計算機，對8000多種化合物進行模擬，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中進一步研究。

Summit號稱目前全世界最強大、最聰明的超級計算機。科技日報記者從IBM中國公司了解到，Summit超級計算機的峰值性能達到每秒20億億次浮點運算，在功能上比一百萬臺高端筆記本電腦還要強大。

計算機模擬可縮小潛在變量范圍

之前的研究發現，2019新型冠狀病毒感染人體細胞的關鍵在于，病毒表面的刺突蛋白與人體ACE2 蛋白結合。

據介紹，美國研究人員在Summit超級計算機上對8000多種化合物進行了模擬，以篩選那些最有可能與冠狀病毒刺突蛋白結合的化合物，從而使冠狀病毒無法感染宿主細胞。

隨后，他們把可能對病毒實驗研究有價值的化合物進行了排序。其研究結果已發布在化學領域預印論文系統ChemRxiv上。

“在試圖了解諸如病毒之類的新型生物化合物時，實驗室的研究人員往往會培養微生物，并觀察微生物在現實中如何對新引入的新型化合物作出反應。”IBM認知系統事業部技術計算副總裁戴夫·圖雷克表示，如果不借助計算機數字模擬縮小潛在變量范圍，該過程可能會特別漫長。

除了縮小潛在變量范圍，計算機模擬還可以充當更多角色。

“在不了解病毒分子結構時，計算機模擬可以獲得病毒分子結構;在已知病毒分子結構的情況下，計算機模擬可以探究分子的關鍵位點，為后續病毒抑制藥物篩選打好基礎。”北科院北京市計算中心副研究員裴智勇接受科技日報記者采訪時說。

對于計算機模擬生物反應的一般過程，裴智勇告訴記者，首先要確定研究對象，比如要研究哪兩個或哪幾個分子。然后，通過文獻報道或其他方法確定分子的作用位點，并按照一定規則構建模型，提交計算機進行模擬。最后，分析計算結果。

研究時間由數月縮至一兩天

但是，即使使用計算機數字模擬，依然會存在很多挑戰。這時候，超級計算機就派上用場了。

圖雷克介紹，計算機模擬可以檢查不同變量如何對不同病毒作出反應。但是，當這些變量中的每單個變量都包含數百萬乃至數十億個獨一無二的數據段，需要運行多次模擬時，標準硬件就難以承載這樣巨大的工作量，從而變成一個極度耗時的時間密集型過程。

“由于計算機模擬涉及每一個原子與其他原子的相互作用，計算量相當大。再加上病毒分子本身相對較大，所以對于病毒分子的模擬需要用超級計算機來實現相關的計算，普通計算機難以實現對病毒的模擬計算。”裴智勇說。

裴智勇告訴科技日報記者，除此之外，利用超級計算機還可以模擬更大體系的研究，比如病毒與宿主細胞等體系的研究。

就美國橡樹嶺國家實驗室的這項研究而言，裴智勇認為，通過計算機模擬8000多種化合物，計算量確實挺大的。

Summit超級計算機輕松解決了計算量大和極度耗時的問題。記者從IBM中國公司了解到，Summit由IBM精心打造，是一種專為數據和人工智能而設計的新型超級計算機，可以為研究人員帶來海量數據處理能力。

美國橡樹嶺國家實驗室分子生物物理學中心主任杰瑞米·史密斯是研究人員之一，他以自己的真實體驗形容了Summit發揮的作用。

“我們需要通過Summit來迅速獲得我們所需的模擬結果，這會花費我們一兩天的時間。然而，使用普通計算機則可能花費數月時間。”史密斯說，使用Summit這樣的超級計算機對于快速獲得結果很重要。

史密斯表示，得出模擬結果并不意味著已經找到治療新冠肺炎的方法。但是，他們非常希望計算結果能夠為將來的研究提供參考，并為實驗人員提供一個框架，用于進一步研究這些化合物。(記者 劉園園)

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