寻找新冠治疗潜在药物靶点,这个超算中心出“大力”

2020-10-22 18:04:05 来源: 科技日报 作者: 叶青

科技日报记者 叶青  通讯员 黄博纯

“不速之客”新冠肺炎疫情来势汹汹,打了人类一个措手不及。人类应对关键之一在于必须弄清楚新冠肺炎病毒究竟感染人体哪一种细胞,寻找到药物靶点,为临床治疗和药物开发提供方向。人体大概有40万亿个细胞,决定人生命过程的基因约有3万个,怎样才能在短时间内、在庞大数字里寻找到这个药物靶点呢?

“当时时间特别紧迫,我们通过单细胞组学技术,借助超算中心强大算力,不到2个月时间,发现白介素1具备刺激Club细胞导致粘液过度分泌的能力,提示白介素1可能是新冠治疗潜在的药物靶点之一,从而发现新冠病毒感染导致急性呼吸窘迫症细胞机理。”生物岛实验室何江平副研究员说。该研究成果在今年7月已发布。

(超算中心。)

何江平所点赞的超算中心是指位于中国科学院广州生物医药与健康研究院(以下简称广州健康院)内的中国科学院超算环境广州分中心(以下简称超算中心)。超算中心目前应用于生物学、基础医学、 生物医学工程等13个领域,用户覆盖30个科研组左右,最多时有超过100名分析人员同时在线进行计算。过去一年来,超算中心支撑干细胞先导专项、国家重点研发计划及省市专项项目超200项。在2019年中国科学院超级计算指数排名中,该中心在中科院各超算分中心中位列第一名。

“生物医学领域的特点是多组学、大数据。而在有效网络带宽条件下,大量数据远程传输需消耗大量时间,效率低下。因此特别迫切需要拥有规模大的超算平台,以满足科研新特点,即从单纯做实验转变到以数据驱动推动科研发展。”据超算中心主任陈朝明介绍,2014年,超算中心获得中科院批准、依托广州健康院建设和管理,面向广州两院地区及相关单位用户服务,“从药物靶点发现到小分子药物设计,再到临床试验,在超算中心都能完成全生命周期全链条的研究”。

建立之初,由于经费紧张和对超算认识的不足,陈朝明和同事刘劲松、许永与在院内“化缘”,“有钱出钱,有力出力,没钱没力出吆喝”。最终,采取“经费支持+服务先租后购+课题组支持”的方式,超算中心才得以建成。

(陈朝明和刘劲松、许永与成同事眼中的“三剑客”。)

“从超算资源量来讲,如果把‘天河二号’比喻为大海,那我们就是一个湖泊。”陈朝明如是说,“依靠平台的专业技术支持,在小实验室,也可以做大科学。”

“生物学实验尤其是药物研发,涉及的数据量大、算力要求高。基于AI技术构建完整的生物医药计算平台,对于健康数据管理、理性药物设计等科研活动具有极大的价值,高效稳定的网络和数据支撑也是重中之重。”刘劲松以蛋白质研究为例介绍。

“从50年代至今,科学界都在研究蛋白质是什么样子的。因为在生命体内,蛋白质如何发挥功能是通过基因编码决定的。它从一个基因编码变成一个结构的过程,看上去很简单,但却是拥有几千亿种可能性的,难度之高不亚于请猴子弹奏出一首莫扎特的钢琴曲子。”刘劲松说,有了超级计算机后,科研人员就可在半天甚至更短时间内,解决这样一个超级复杂的生命过程。

截至2020年9月,超算中心面向中科院广州分院各研究所、生物岛实验室、高校及广州科学城相关企业等开通账号357个,培训应用账号90个,集群平均使用率达65%。应用成果发表在Nature、Cell等子刊共8篇,以及其他国际知名刊物近百篇。

广州健康院院长陈新文表示,未来超算中心将不再满足提供单一方向的设备和技术支持,而是将联合各个子平台的特长和优势,依靠平台的自主创新,提供全面的技术解决方案,支持科学家挑战生命科学领域影响深远的课题。

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责任编辑:冷媚