超級計(jì)算機(jī)能否能幫我們找到新冠肺炎的解藥

（文章來源：齊魯壹點(diǎn)）
面對在全球愈演愈烈的新冠肺炎疫情,早日研發(fā)出針對這種病毒的疫苗和特效藥,成為全球民眾的企盼。最近,一則消息顯示,超級計(jì)算機(jī)可能會(huì)幫助人類更快地?cái)[脫此次疫情。3月23日,美國白宮科技政策辦公室宣布,美國將啟動(dòng)全美16臺(tái)超級計(jì)算機(jī),不分晝夜破解新型冠狀病毒,幫助科研人員盡快找到對病毒有效的特效藥物和疫苗。那么,超級計(jì)算機(jī)能幫助人類找到新冠肺炎的“解藥”嗎?

3月23日,美國白宮科技政策辦公室宣布,美國將啟動(dòng)全美16臺(tái)超級計(jì)算機(jī),不分晝夜破解新型冠狀病毒,以幫助科研人員盡快找到對病毒有效的特效藥物和疫據(jù)悉,包括全球最先進(jìn)的“Summit”等超級計(jì)算機(jī)都將投入到這場疫苗攻堅(jiān)戰(zhàn)中,預(yù)計(jì)總運(yùn)算能力高達(dá)33億億次浮點(diǎn)運(yùn)算。美國首席技術(shù)官邁克爾·奎迪奧斯強(qiáng)調(diào),美國正齊心協(xié)力攻克新型冠狀病毒,并釋放出全球第一的超級計(jì)算機(jī)全部運(yùn)算能力,迅速推進(jìn)有關(guān)治療和醫(yī)療領(lǐng)域的科學(xué)研究。

據(jù)報(bào)道,美國此次出動(dòng)的“Summit”超級計(jì)算機(jī)于2017年建成,2018年奪走了“天河二號/太湖之光”保持了10年之久的全球超算冠軍寶座,該計(jì)算機(jī)采用了IBM公司研發(fā)的Power9處理器,運(yùn)算能力高達(dá)20億億次。作為耗資巨大的“國之重器”,超級計(jì)算機(jī)可以說是一種大國才能擁有的戰(zhàn)略資源,美國此次宣布投入大批超級計(jì)算機(jī),而且還是24小時(shí)破解冠狀病毒,這從一個(gè)側(cè)面也說明眼下美國人真的著急了。

超級計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行一般個(gè)人電腦無法處理的大資料量與高速運(yùn)算。超級計(jì)算機(jī)的主要特點(diǎn)包含兩個(gè)方面:極大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和極快速的數(shù)據(jù)處理速度,因此它可以在多種領(lǐng)域進(jìn)行一些普通計(jì)算機(jī)無法進(jìn)行的工作。問題是,超級計(jì)算機(jī)能在疫苗和特效藥的研制中幫什么忙呢?疫苗其實(shí)是滅活或減毒的病毒,將病原微生物及其代謝產(chǎn)物,經(jīng)過人工減毒滅活或利用轉(zhuǎn)基因等方法制成。

在生物、醫(yī)藥領(lǐng)域里,超級計(jì)算機(jī)應(yīng)用主要涉及蛋白質(zhì)研究、基因比對、藥物篩選、器官模擬等。具體到疫苗研制過程中,在超級計(jì)算機(jī)的助力下,科學(xué)家有望能夠更快地找出病毒內(nèi)的致病基因片段,進(jìn)而對病毒基因進(jìn)行針對性加工,讓設(shè)計(jì)出的疫苗更具有效性和安全性。事實(shí)上,早在2016年,美國華盛頓大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的研究人員就通過超級計(jì)算機(jī)獲得過一種促進(jìn)冠狀病毒進(jìn)入細(xì)胞的突起蛋白的原子模型,對該模型進(jìn)行分析或可為開發(fā)抵御新型冠狀病毒感染的特殊疫苗提供新思路。

此外,超級計(jì)算機(jī)在研發(fā)針對新型冠狀病毒的特效藥中也有望能大顯身手。從原理上講,特效藥之所以能夠迅速緩解和治療某項(xiàng)疾病,是因其有效成分通過與體內(nèi)的生物靶標(biāo)相互作用而發(fā)揮藥效。但在過去,人類尋找有效成分的唯一途徑是進(jìn)行一次次的試驗(yàn),靠“大海撈針”篩查出對生物靶標(biāo)有效的某種化合物。

超級計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)藥物靶標(biāo)結(jié)構(gòu)來計(jì)算設(shè)計(jì)小分子配體,甚至通過計(jì)算機(jī)內(nèi)的“模擬試驗(yàn)”進(jìn)行篩查,這可大大降低創(chuàng)新藥物前期研發(fā)的成本與周期。分離毒株、藥物篩選、新藥研發(fā)等也需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析和科學(xué)超算工作。超級計(jì)算機(jī)具有強(qiáng)大的CPU及GPU算力調(diào)度能力,能夠?yàn)榛驕y序、醫(yī)療工程提供穩(wěn)定高效的算力支持,從而降低創(chuàng)新藥物前期研發(fā)的成本與周期。

從原理上講,藥物通過與體內(nèi)的生物靶標(biāo)相互作用而發(fā)揮藥效,若能夠根據(jù)藥物靶標(biāo)結(jié)構(gòu)來計(jì)算篩選和設(shè)計(jì)小分子配體,將可大大降低創(chuàng)新藥物前期研發(fā)的成本與周期。針對新型冠狀病毒的多個(gè)靶點(diǎn),通過超級計(jì)算機(jī)的高性能計(jì)算、存儲(chǔ)資源,快速計(jì)算篩選數(shù)億級別的化合物數(shù)據(jù)庫,結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證,來尋找新型結(jié)構(gòu)類型的先導(dǎo)化合物,就能為下一步新藥研發(fā)工作提供依據(jù)。

眼下,借助超級計(jì)算機(jī)的高性能計(jì)算、存儲(chǔ)優(yōu)勢,如果能針對新型冠狀病毒的多個(gè)靶點(diǎn)快速計(jì)算篩選數(shù)億級別的化合物數(shù)據(jù)庫,結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證,來尋找新型結(jié)構(gòu)類型的先導(dǎo)化合物,就能為下一步新藥研發(fā)工作提供依據(jù)。不過,無論疫苗還是特效藥,超級計(jì)算機(jī)依然只是通過海量計(jì)算幫助人類盡量設(shè)計(jì)出一款較為安全、完備的測試品。至少從理論上說,動(dòng)物測試和人體臨床試驗(yàn)的“門檻”依然要過,超級計(jì)算機(jī)所能做的,是在一些團(tuán)隊(duì)決心冒險(xiǎn)直接跨過這些門檻時(shí),提高可能性。
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