El Amaro Lab de UC San Diego está desarrollando un modelo informático de todo átomo con envoltura de coronavirus en la supercomputadora Frontera de TACC, financiada por NSF, en UT Austin. La bioquímica Rommie Amaro espera aprovechar su reciente éxito con las simulaciones del virus in? Uenza de todos los átomos (izquierda) y aplicarlas al coronavirus (derecha). Crédito:Lorenzo Casalino (UCSD), TACC
Los científicos están preparando un modelo informático masivo del coronavirus que esperan que dé una idea de cómo infecta el cuerpo. Han dado los primeros pasos probando las primeras partes del modelo y optimizando el código en la supercomputadora Frontera en el Texas Advanced Computing Center (TACC) de la Universidad de Texas en Austin. El conocimiento obtenido del modelo completo puede ayudar a los investigadores a diseñar nuevos medicamentos y vacunas para combatir el coronavirus.
Rommie Amaro está liderando los esfuerzos para construir el primer modelo completo de átomos de la envoltura del coronavirus SARS-COV-2, su componente exterior. "Si tenemos un buen modelo de cómo se ve el exterior de la partícula y cómo se comporta, vamos a tener una buena visión de los diferentes componentes que están involucrados en el reconocimiento molecular ". El reconocimiento molecular implica cómo el virus interactúa con los receptores de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) y posiblemente con otros objetivos dentro de la membrana de la célula huésped. Amaro es profesor de química y bioquímica en la Universidad de California, San Diego.
Amaro prevé que el modelo de coronavirus contenga aproximadamente 200 millones de átomos, una empresa desalentadora, ya que debe calcularse la interacción de cada átomo entre sí. El flujo de trabajo de su equipo es híbrido, o enfoque de modelado integrativo.
"Estamos tratando de combinar datos en diferentes resoluciones en un modelo cohesivo que se puede simular en instalaciones de nivel de liderazgo como Frontera, Amaro dijo. "Básicamente comenzamos con los componentes individuales, donde sus estructuras se han resuelto a una resolución atómica o casi atómica. Con cuidado, ponemos en funcionamiento cada uno de estos componentes y los colocamos en un estado en el que son estables. Luego, podemos introducirlos en las simulaciones de envoltura más grande con moléculas vecinas ".
La proteína de pico SARS-CoV-2 del coronavirus fue simulada por el Laboratorio Romaro de UC San Diego en la supercomputadora Frontera de TACC financiada por NSF en UT Austin. Es la principal proteína viral involucrada en la infección por coronavirus de la célula huésped. Las simulaciones de dinámica molecular basadas en la física pueden predecir cómo se mueve la máquina molecular del coronavirus, lo que permite a los investigadores conocer sus vulnerabilidades frente a posibles vacunas y medicamentos. Cabeza de coronavirus Spike basada en pdb 6vsb; tallo de espiga usando modelado de homología; glicoperfil diseñado de acuerdo con Walls et al. 2019 celular y Watanabe et al. 2020 bioRxiv. Crédito:Rommie Amaro, UCSD
Del 12 al 13 de marzo 2020, Amaro Lab ejecutó simulaciones de dinámica molecular en hasta 4, 000 nodos, o alrededor de 250, 000 núcleos de procesamiento, en Frontera. Frontera la supercomputadora número 5 del mundo y la supercomputadora académica número 1 según las clasificaciones de noviembre de 2019 de la organización Top500, es el sistema informático de alto rendimiento de clase líder respaldado por la National Science Foundation.
"Las simulaciones de ese tamaño solo se pueden ejecutar en una máquina como Frontera o en una máquina posiblemente en el Departamento de Energía, "Dijo Amaro." Inmediatamente contactamos al equipo de Frontera, y han sido muy amables al darnos un estado de prioridad para la evaluación comparativa y al tratar de optimizar el código para que estas simulaciones se puedan ejecutar de la manera más eficiente posible, una vez que el sistema esté realmente en funcionamiento ".
"Es emocionante trabajar en una de estas nuevas máquinas, con seguridad. Nuestra experiencia hasta ahora ha sido muy buena. Los puntos de referencia iniciales han sido realmente impresionantes para este sistema. Continuaremos optimizando los códigos para estos sistemas ultra grandes para que, en última instancia, podamos obtener un rendimiento aún mejor. Yo diría que trabajar con el equipo de Frontera también ha sido fantástico. Están listos para ayudar y han sido extremadamente receptivos durante este período de tiempo crítico. Ha sido una experiencia muy positiva "Dijo Amaro.
"TACC se enorgullece de apoyar esta investigación crítica e innovadora, "dijo Dan Stanzione, Director Ejecutivo de TACC e Investigador Principal del proyecto de supercomputadora Frontera. "Continuaremos apoyando las simulaciones de Amaro y otros trabajos importantes relacionados con la comprensión y la búsqueda de una manera de vencer esta nueva amenaza".
La supercomputadora Frontera, financiada por la NSF, del Centro de Computación Avanzada de Texas en UT Austin, ocupa el puesto número 5 más rápido del mundo y el número 1 en sistemas académicos. según el ranking Top500 de noviembre de 2019. Crédito:TACC
El trabajo de Amaro con el coronavirus se basa en su éxito con una simulación de átomos de la envoltura del virus de la influenza, publicado en Ciencia Central ACS , Febrero de 2020. Dijo que el trabajo contra la influenza tendrá una notable cantidad de similitudes con lo que ahora están buscando con el coronavirus.
"Es una prueba brillante de nuestros métodos y nuestra capacidad para adaptarnos a los nuevos datos y ponerlos en funcionamiento de inmediato, ", Dijo Amaro." Nos tomó un año o más construir el sobre viral de la influenza y ponerlo en funcionamiento en las supercomputadoras nacionales. Para la influenza, usamos la supercomputadora Blue Waters, que fue de alguna manera el predecesor de Frontera. La obra, sin embargo, con el coronavirus obviamente avanza mucho, ritmo mucho más rápido. Esto está habilitado, en parte debido al trabajo que hicimos anteriormente en Blue Waters ".
Amaro dijo:"Estas simulaciones nos darán nuevos conocimientos sobre las diferentes partes del coronavirus que se requieren para la infectividad. Y la razón por la que nos preocupamos es porque si podemos entender estas diferentes características, los científicos tienen más posibilidades de diseñar nuevos fármacos; comprender cómo funcionan los fármacos actuales y las posibles combinaciones de fármacos. La información que obtenemos de estas simulaciones es multifacética y multidimensional y será de utilidad para los científicos en primera línea de inmediato y también a largo plazo. Es de esperar que el público comprenda que hay muchos componentes y facetas diferentes de la ciencia que se deben impulsar para comprender este virus. Estas simulaciones en Frontera son solo uno de esos componentes, pero con suerte uno importante y lucrativo ".
