Massive simuleringer af coronavirus afsluttet på Frontera -supercomputer

Forskere forbereder en massiv computermodel af coronavirus, som de forventer vil give indsigt i, hvordan det inficerer i kroppen. De har taget de første skridt, test af de første dele af modellen og optimering af kode på Frontera -supercomputeren ved University of Texas i Austins Texas Advanced Computing Center (TACC). Den viden, der er opnået fra den fulde model, kan hjælpe forskere med at designe nye lægemidler og vacciner til bekæmpelse af coronavirus.

Rommie Amaro leder bestræbelserne på at bygge den første komplette all-atom-model af SARS-COV-2 coronavirus-konvolutten, dens udvendige komponent. "Hvis vi har en god model for, hvordan partiklens yderside ser ud, og hvordan den opfører sig, Vi får et godt overblik over de forskellige komponenter, der er involveret i molekylær genkendelse. "Molekylær genkendelse involverer, hvordan virussen interagerer med angiotensin -konverterende enzym 2 (ACE2) -receptorer og muligvis andre mål i værtscellemembranen. Amaro er professor i kemi og biokemi ved University of California, San Diego.

Coronavirus -modellen forventes af Amaro at indeholde cirka 200 millioner atomer, en skræmmende virksomhed, som interaktionen mellem hvert atom med hinanden skal beregnes. Hendes teams arbejdsgang tager en hybrid, eller integrerende modelleringsmetode.

"Vi forsøger at kombinere data i forskellige opløsninger til en sammenhængende model, der kan simuleres på faciliteter i lederklasse som Frontera, "Amaro sagde." Vi starter dybest set med de enkelte komponenter, hvor deres strukturer er blevet løst ved atomisk eller nær atomopløsning. Vi får omhyggeligt alle disse komponenter i gang og er i en tilstand, hvor de er stabile. Så kan vi introducere dem i de større kuvertsimuleringer med nabomolekyler. "

Den 12.-13. Marts, 2020, Amaro Lab kørte molekylære dynamiksimuleringer på op til 4, 000 noder, eller omkring 250, 000 forarbejdningskerner, på Frontera. Frontera, den #5 bedste supercomputer i verden og #1 akademiske supercomputer ifølge november 2019 -placeringer i Top500 -organisationen, er ledelsesklassen højtydende computersystem understøttet af National Science Foundation.

"Simuleringer af den størrelse er kun mulige at køre på en maskine som Frontera eller på en maskine muligvis i Energiministeriet, "Amaro sagde." Vi kontaktede straks Frontera -teamet, og de har været meget imødekommende ved at give os prioritetsstatus til benchmarking og forsøge at optimere koden, så disse simuleringer kan køre så effektivt som muligt, når systemet faktisk er i gang. "

"Det er spændende at arbejde på en af ​​disse helt nye maskiner, helt sikkert. Vores erfaring hidtil har været meget god. De første benchmarks har været virkelig imponerende for dette system. Vi fortsætter med at optimere koderne for disse ultra store systemer, så vi i sidste ende kan få endnu bedre ydeevne. Jeg vil sige, at arbejdet med teamet på Frontera også har været fantastisk. De er klar til at hjælpe og har været yderst lydhøre i løbet af dette kritiske tidsvindue. Det har været en meget positiv oplevelse, "Sagde Amaro.

"TACC er stolte over at støtte denne kritiske og banebrydende forskning, "sagde Dan Stanzione, Direktør for TACC og hovedundersøger i Frontera -supercomputerprojektet. "Vi vil fortsat støtte Amaros simuleringer og andet vigtigt arbejde i forbindelse med at forstå og finde en måde at besejre denne nye trussel på."

Amaros arbejde med coronavirus bygger på hendes succes med en all-atom-simulering af influenzavirushylsteret, udgivet i ACS Central Science , Februar 2020. Hun sagde, at influenza -arbejdet vil have et bemærkelsesværdigt antal ligheder med det, de nu forfølger med coronavirus.

"Det er en strålende test af vores metoder og vores evner til at tilpasse sig nye data og få dette til at fungere lige fra flyveturen, "Amaro sagde." Det tog os et år eller mere at bygge influenzaviruskonvolutten og få den til at køre på de nationale supercomputere. For influenza, vi brugte Blue Waters -supercomputeren, som på en eller anden måde var forgængeren til Frontera. Arbejdet, imidlertid, med coronavirussen forløber naturligvis meget, meget hurtigere tempo. Dette er aktiveret, dels på grund af det arbejde, vi udførte på Blue Waters tidligere. "

Amaro sagde:"Disse simuleringer vil give os ny indsigt i de forskellige dele af coronavirus, der er nødvendige for infektivitet. Og hvorfor vi bekymrer os om det, er, fordi hvis vi kan forstå disse forskellige funktioner, forskere har en bedre chance for at designe nye lægemidler; at forstå, hvordan nuværende lægemidler virker, og potentielle lægemiddelkombinationer virker. De oplysninger, vi får fra disse simuleringer, er mangefacetterede og flerdimensionale og vil være til nytte for forskere på frontlinjerne med det samme og også på længere sigt. Forhåbentlig vil offentligheden forstå, at der er mange forskellige komponenter og facetter af videnskab at skubbe frem for at forstå denne virus. Disse simuleringer på Frontera er blot en af ​​disse komponenter, men forhåbentlig en vigtig og en indbringende. "