計(jì)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(guó)研究人員在Summit超級(jí)計(jì)算機(jī)上對(duì)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(wú)法感染宿主細(xì)胞。

隨后，他們把可能對(duì)病毒實(shí)驗(yàn)研究有價(jià)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(shí)，實(shí)驗(yàn)室的研究人員往往會(huì)培養(yǎng)微生物，并觀察微生物在現(xiàn)實(shí)中如何對(duì)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(jì)算副總裁戴夫·圖雷克表示，如果不借助計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬縮小潛在變量范圍，該過(guò)程可能會(huì)特別漫長(zhǎng)。

除了縮小潛在變量范圍，計(jì)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(shí)，計(jì)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(jì)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?jì)算中心副研究員裴智勇接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)。

對(duì)于計(jì)算機(jī)模擬生物反應(yīng)的一般過(guò)程，裴智勇告訴記者，首先要確定研究對(duì)象，比如要研究哪兩個(gè)或哪幾個(gè)分子。然后，通過(guò)文獻(xiàn)報(bào)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(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。最后，分析計(jì)算結(jié)果。

研究時(shí)間由數(shù)月縮至一兩天

但是，即使使用計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬，依然會(huì)存在很多挑戰(zhàn)。這時(shí)候，超級(jí)計(jì)算機(jī)就派上用場(chǎng)了。

圖雷克介紹，計(jì)算機(jī)模擬可以檢查不同變量如何對(duì)不同病毒作出反應(yīng)。但是，當(dāng)這些變量中的每單個(gè)變量都包含數(shù)百萬(wàn)乃至數(shù)十億個(gè)獨(dú)一無(wú)二的數(shù)據(jù)段，需要運(yùn)行多次模擬時(shí)，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(gè)極度耗時(shí)的時(shí)間密集型過(guò)程。

“由于計(jì)算機(jī)模擬涉及每一個(gè)原子與其他原子的相互作用，計(jì)算量相當(dāng)大。再加上病毒分子本身相對(duì)較大，所以對(duì)于病毒分子的模擬需要用超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的計(jì)算，普通計(jì)算機(jī)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)病毒的模擬計(jì)算。”裴智勇說(shuō)。

裴智勇告訴科技日?qǐng)?bào)記者，除此之外，利用超級(jí)計(jì)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(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)研究而言，裴智勇認(rèn)為，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬8000多種化合物，計(jì)算量確實(shí)挺大的。