В борьбу с коронавирусом вступил мощнейший в мире суперкомпьютер

В то время как Covid-19 продолжает заражать людей, учёные спешат найти лекарства, которые помогут пациентам выздоравливать, как можно быстрее. Невиданный доселе патоген вызывает симптомы, включающие осложнения дыхания и боль в грудном отделе.  

К помощи в поиске лекарства учёные привлекли мощнейший в мире суперкомпьютер — IBM Summit. Расположен он в Национальной лаборатории Ок-Ридж, Теннеси, США, и занимает пространство площадью в два теннисных корта. Его производительность достигает 200 квадрильонов вычислительных операций в секунду, что в грубом сравнении в миллион раз превосходит производительность среднего ноутбука.

В течение последнего месяца учёные использовали этот суперкомпьютер для анализа библиотеки, содержащей 8 000 известных лекарственных соединений в поиске наиболее эффективных для борьбы с коронавирусом. Эти соединения включают химические средства, растительные препараты и натуральные продукты, которые либо были опробованы на людях, либо уже состоят в числе принятых лекарств. В результате обработки данных Summit смог сузить базу данных до списка из 77 единиц всего за два дня. Если бы для этого были использованы рядовые компьютеры, на весь процесс могли уйти месяцы.

По словам Джереми Смита, молекулярного биофизика университета Теннеси: “Идея в том, что если какое-то из соединений сработает, то это ускорит стандартную процедуру разработки препарата до стадии утверждения и введения в оборот.” Он и его коллега разместили предварительно полученные данные на сервере ChemRxiv в феврале и продолжают обновлять их по мере продолжения вычислений.

Если одно из соединений будет работать на животных, учёные могут пропустить начальную стадию проверки на людях и сразу перейти к тестированию эффективности именно на больных.

Разработка лекарств — это очень длительный процесс, который может потребовать 10 лет с момента начала исследований и до момента выхода нового препарата на рынок. При этом многие разработки проваливаются, т.к. препараты оказываются небезопасными или попросту неэффективными. Именно поэтому суперкомпьютеры, вроде Summit, особенно полезны во время глобальной вспышки инфекционного заболевания, не имеющего действующей методики излечения.

Для симуляций Смит использовал геном вируса, который в январе был опубликован в сети интернет китайскими исследователями. Согласно этим данным, вирус, известный как SARS-CoV-2, очень похож на коронавирус, вызывающий тяжёлый острый респираторный синдром (SARS) и заражает организм схожим образом. На основе представленной информации учёные запрограммировали Summit на поиск конкретного лекарственного соединения.

Коронавирус получил своё название благодаря короноподобным протеинам на его поверхности, которые позволяют вирусу прицепляться к человеческим клеткам и заражать их. Разработчики использовали Summit для обнаружения лекарств, способных связывать эти протеиновые шипы, блокируя способность вируса проникать в клетки тела. 

“Я не знаю, сработает ли какое-либо из соединений. Возможно, ни одно не сработает или сработают несколько.”

Усложняет же этот процесс тот факт, что упомянутые шипы непрерывно совершают множество мелких движений. Исследователям предстоит найти способ смоделировать эти движения, чтобы обнаружить лекарства, которые смогут сработать против них. Дэвид Турек, вице-президент эксафлопсных систем в IBM сообщает газете OneZero: “Это очень сложная математическая задача.” (Эксафлопсные вычисления означают выполнение миллиарда миллиардов вычислений в секунду.)

Суперкомпьютер может делать это очень быстро на основе алгоритмов машинного обучения. Для этой задачи он использует 4 608 узлов — эквивалент производительной мощности такого же числа ноутбуков. Весь процесс состоит из разделения одной задачи на части, распределения её между всеми узлами, а затем воссоединения этих частей для формирования единого решения. Это напоминает пчелиный улей, где сотни пчёл работают вместе для общей цели, но при этом каждая из них имеет свою миссию. Эта возможность позволяет исследователям решать такие сложные задачи, как поиск лекарственных средств. 

Результаты пока ещё не означают, что команда разработчиков нашла вакцину против SARS-CoV-2. 77 найденных ими соединений по-прежнему необходимо протестировать на животных и человеческих клетках в лаборатории. Вирусологи в Университете теннессийского лечебного центра уже начали эксперименты, но определение эффективности компонентов в борьбе с вирусом может занять месяцы. Это не поможет больным людям прямо сейчас, но полученный в итоге препарат очень пригодится, если эпидемия коронавируса продолжится в течение следующего года или если он станет эндемическим и будет проявляться регулярно аналогично гриппу. 

Смит предполагает, что при будущих вспышках новых неизлечимых заболеваний такой подход к разработке лекарственных препаратов может задействовать около 500 суперкомпьютеров по всему миру, что позволит учёным совершить рывок в тестировании лекарства: “Мы можем иметь наготове научные инструменты, чтобы как можно быстрее правильно отреагировать на подобные вспышки.”

Перевод статьи Emily Mullin: The World’s Most Powerful Supercomputer Has Entered the Fight Against Coronavirus.