對抗冠狀病毒，世界上最強(qiáng)大的超級計算機(jī)已加入戰(zhàn)斗

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編者按：冠狀病毒的陰影已然籠罩了全球。為了抗擊疫情，科學(xué)家們已經(jīng)征募了世界上最強(qiáng)大的超級計算機(jī)——IBM公司建造的Summit助力藥物開發(fā)。預(yù)計在未來，如果再次爆發(fā)新的和治療方法未知的疾病時，我們?nèi)耘f可以使用世界上500個左右的超級計算機(jī)來模擬藥物發(fā)現(xiàn)的過程，這樣科學(xué)家就可以盡快啟動藥物測試，以最快的速度用科學(xué)的工具做出科學(xué)的反應(yīng)。本文譯自medium，文章作者Emily Mullin，原文標(biāo)題The World’s Most Powerful Supercomputer Has Entered the Fight Against Coronavirus。

圖片：Oak Ridge National Lab（橡樹嶺國家實驗室）

隨著Covid-19在全球范圍內(nèi)擴(kuò)散開來，科學(xué)家們正忙著尋找能幫助患者早日康復(fù)的藥物。這種以前從未出現(xiàn)過的病原體會導(dǎo)致嚴(yán)重的呼吸道癥狀，包括呼吸困難和胸部疼痛。

為了提高搜索能力，科學(xué)家們已經(jīng)征募了世界上最強(qiáng)大的超級計算機(jī)——IBM公司建造的Summit投入戰(zhàn)斗。這臺超級計算機(jī)的地板空間有兩個網(wǎng)球場那么大。在美國能源部位于田納西州的橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory），這臺計算機(jī)以每秒200千萬億次的計算速度——大約是普通筆記本電腦的100萬倍——工作著。

上個月，研究人員用它篩選了8000種已知的藥物化合物，以尋找最有可能有效對抗冠狀病毒的藥物。這些藥物包括化學(xué)合成品、草藥和天然藥品，它們要么已經(jīng)在人體中被研究過，要么已經(jīng)被批準(zhǔn)為藥物——重要的是，這些藥物已經(jīng)被認(rèn)為對人體是安全的。Summit在兩天內(nèi)將數(shù)據(jù)集縮小到了77個。如果使用普通電腦，這一過程可能需要耗費(fèi)好幾個月的時間。

“從邏輯上來說，如果這些藥品中有任何一種有效，它就應(yīng)該比典型的藥物開發(fā)過程更快地獲得批準(zhǔn)和廣泛使用，”田納西大學(xué)（University of Tennessee）的分子生物物理學(xué)家Jeremy Smith告訴OneZero。今年2月，他和他的同事將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)布在服務(wù)器ChemRxiv上，并在進(jìn)行更多計算的同時對論文進(jìn)行更新。

圖片：Oak Ridge National Lab（橡樹嶺國家實驗室）

如果其中任何一種化合物對動物有效，科學(xué)家們就可以跳過對人類的初步安全試驗，直接測試藥物對病人的有效性。

眾所周知，藥物開發(fā)是一個漫長的過程——一種新藥從被發(fā)現(xiàn)到進(jìn)入市場可能要花上10年的時間，而且開發(fā)失敗的主要原因是因為它們不安全或者沒有達(dá)到預(yù)期效果。這就是為什么像Summit這樣的超級計算機(jī)在全球爆發(fā)一種沒有已知治療方法的傳染病時特別有用的原因。

為了進(jìn)行模擬，Smith使用了中國研究人員于今年1月在網(wǎng)上公布的該病毒的基因組。數(shù)據(jù)顯示，這種現(xiàn)在被稱為SARS-CoV-2的病毒與導(dǎo)致嚴(yán)重急性呼吸系統(tǒng)綜合癥（SARS）的冠狀病毒相似，并以類似的方式感染人體。有了這些知識，他們設(shè)計了相應(yīng)的程序來尋找特殊的針對性藥物。

冠狀病毒得名于其表面的冠狀蛋白，這些蛋白使病毒能夠結(jié)合并感染人類細(xì)胞。研究人員利用Summit確定了能夠與這些蛋白質(zhì)結(jié)合的藥物，以阻止病毒進(jìn)入人體細(xì)胞。

使這一過程變得復(fù)雜的是，病毒的冠狀蛋白不斷地進(jìn)行微小的運(yùn)動。研究人員必須弄清楚如何模擬這些運(yùn)動，以幫助找到可以對抗這些運(yùn)動的藥物。“這是一個復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，”IBM副總裁David Turek告訴OneZero說。

使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，超級計算機(jī)可以非?？焖俚刈龅竭@一點(diǎn)，它可以將一個問題分解成若干塊，分配給所有單獨(dú)的節(jié)點(diǎn)或計算機(jī)，然后將所有這些塊重新組合在一起，重新構(gòu)成問題的解決方案。它類似于一個蜂箱，里面有一百多個不同的工蜂為了一個共同的目標(biāo)在一起工作，但是每一個都有自己的任務(wù)。這種能力使研究人員能夠執(zhí)行難以置信的復(fù)雜任務(wù)，如發(fā)現(xiàn)某種針對性的藥物。

但有結(jié)果并不意味著該團(tuán)隊已經(jīng)找到了治療或治愈SARS-CoV-2的方法。他們鑒定出的77種化合物還需要在實驗室中對動物和人類細(xì)胞進(jìn)行測試。田納西大學(xué)衛(wèi)生中心（University of Tennessee Health Center）的病毒學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)開始進(jìn)行實驗了，但確定其中任何一種化合物是否對冠狀病毒有效可能需要數(shù)月時間。這可能還不足以馬上幫助患者，但如果這種冠狀病毒的傳播持續(xù)到明年，或者這種病毒從此就與人類共存——這意味著它成為一種像流感一樣經(jīng)常發(fā)生的病原體——那么我們自然都希望有一種針對此病毒的特效藥。

Smith表示：“我不知道這些方法是否有效。也許數(shù)據(jù)庫中沒有什么藥物會起作用，也許有幾種會起作用?！?/p>

Smith認(rèn)為，如果未來再次爆發(fā)新的和治療方法未知的疾病時，我們可以使用世界上500個左右的超級計算機(jī)來模擬藥物發(fā)現(xiàn)的過程，這樣科學(xué)家就可以盡快啟動藥物測試。他表示：“我們可以準(zhǔn)備好科學(xué)工具，這樣我們就能以最快的速度做出正確的科學(xué)反應(yīng)?！?/p>

譯者：喜湯