計算機(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，美國研究人員在Summit超級計算機(jī)上對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，他們把可能對病毒實驗研究有價值的化合物進(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，實驗室的研究人員往往會培養(yǎng)微生物，并觀察微生物在現(xiàn)實中如何對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)計算副總裁戴夫·圖雷克表示，如果不借助計算機(jī)數(shù)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(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，計算機(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)?！北笨圃罕本┦杏嬎阒行母毖芯繂T裴智勇接受科技日報記者采訪時說。

對于計算機(jī)模擬生物反應(yīng)的一般過程，裴智勇告訴記者，首先要確定研究對象，比如要研究哪兩個或哪幾個分子。然后，通過文獻(xiàn)報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，提交計算機(jī)進(jìn)行模擬。最后，分析計算結(jié)果。

研究時間由數(shù)月縮至一兩天

但是，即使使用計算機(jī)數(shù)字模擬，依然會存在很多挑戰(zhàn)。這時候，超級計算機(jī)就派上用場了。

圖雷克介紹，計算機(jī)模擬可以檢查不同變量如何對不同病毒作出反應(yīng)。但是，當(dāng)這些變量中的每單個變量都包含數(shù)百萬乃至數(shù)十億個獨(dú)一無二的數(shù)據(jù)段，需要運(yùn)行多次模擬時，標(biāo)準(zhǔn)硬件就難以承載這樣巨大的工作量，從而變成一個極度耗時的時間密集型過程。

“由于計算機(jī)模擬涉及每一個原子與其他原子的相互作用，計算量相當(dāng)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(jī)來實現(xiàn)相關(guān)的計算，普通計算機(jī)難以實現(xiàn)對病毒的模擬計算?！迸嶂怯抡f。

裴智勇告訴科技日報記者，除此之外，利用超級計算機(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。

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