Koronawirus  / Artykuł

SARS-CoV-2 kontra superkomputery - technologia pomaga nam w walce z koronawirusem

Departament Energii Stanów Zjednoczonych ogłosił, że moc obliczeniowa superkomputera Summit zostanie wykorzystana do badań, które pomogą w stworzeniu skutecznej szczepionki na SARS-CoV-2. Z kolei strukturę samego wirusa udało się wymodelować dzięki rozproszonym obliczeniom prowadzonym na domowych komputerach z całego świata.

Powód tej decyzji jest dość prosty: szukanie skutecznej szczepionki przeciwko koronawirusowi to złożony problem obliczeniowy. Superkomputery nadają się do takich zadań idealnie.

Superkomputer kontra koronawirus

Tradycyjne metody, bez wykorzystania ogromnej mocy obliczeniowej superkomputerów, sprowadzają się do wyhodowania analizowanego organizmu (w tym przypadku wirusa) i badania jego reakcji na związki aplikowane mu przez badaczy.

Jest to bardzo powolny proces, dlatego też coraz więcej laboratoriów korzysta z symulacji komputerowych, które - aby w jak największym stopniu symulować rzeczywistość - muszą uwzględniać miliony (czasem miliardy) zmiennych. Dlatego też im więcej mocy obliczeniowej, tym symulacje przebiegają po prostu szybciej. A w przypadku badań nad koronawirusem czas jest bardzo ważny.

Superkomputer Summit wykorzystuje do obliczeń 4608 węzłów, z których każdy zawiera dwa 22-rdzeniowe procesory IBM POWER9 22C 3,07 GHz i sześć jednostek graficznych NVIDIA Tesla V100, połączonych za pomocą podwójnej szyny Mellanox EDR 100 Gb/s InfiniBand, co przekłada się na moc obliczeniową 200 petaflopsów.

Dzięki takim zasobom, badacze z Oak Ridge National Laboratory są w stanie sprawdzić zachowanie 8 tys. związków białkowych pod kątem ich zdolności wiązania się z białkami na kolcach (przypominających koronę, stąd nazwa) koronawirusa, odpowiedzialnymi z kolei za atakowanie komórek płucnych u zainfekowanych ludzi.

Symulacja ma pomóc wyłonić najbardziej rokujące związki, które mogą uniemożliwić SARS-CoV-2 zarażanie ludzi. Dzięki mocy obliczeniowej superkomputera, sprawdzenie ich zajmie kilka dni. Zwykłe komputery używane w laboratoriach wykonałyby tę samą pracę w kilka miesięcy...

Modelowanie wirusa dzięki rozproszonym obliczeniom Rosetta@home

Kolejnym narzędziem, które pomogło nam w badaniach nad SARS-CoV-2, jest projekt Rosetta@home, czyli oprogramowanie umożliwiające tzw. rozproszone obliczenia. Idea ta znana jest od dawna - jeśli ktoś chce udostępnić moc obliczeniową swojego komputera na potrzeby nauki, instaluje oprogramowanie, dzięki któremu jego sprzęt będzie kontaktował się z serwerem, pobierał z niego swój przydział prac i przesyłał wyniki własnych obliczeń. Kiedy już poradzi sobie ze swoją porcją materiału, odeśle wynik i w nagrodę za pracę dostanie kolejne dane do przerobienia.

Koronawirus wymodelowany dzięki obliczeniom rozproszonym Rosetta@Home

Takim sposobem tysiące komputerów domowych zajęły się modelowaniem struktury białkowej SARS-CoV-2. Przedstawiciele Berkeley Open Infrastructure for Network Computing, odpowiedzialni za stworzenie projektu obliczeń rozproszonych do modelowania białka koronawirusa, twierdzą, że dzięki tej metodzie i zaangażowaniu ludzi z całego świata (a raczej mocy obliczeniowej ich komputerów) udało się uzyskać model wirusa o wiele szybciej, niż byłoby to możliwe z wykorzystaniem tradycyjnych, laboratoryjnych metod.

Niech żyje technologia

Postęp technologiczny może jeszcze nie uodparnia nas na nowe wirusy, ale na pewno w ogromnej mierze wspomaga naukowców w walce z nimi. Gdyby nie superkomputery, o tym, które białka mogą powstrzymać wirusa dowiedzielibyśmy się prawdopodobnie dopiero w przyszłym roku.

Gdyby nie oprogramowanie umożliwiające rozproszoną analizę SARS-CoV-2, nie poznalibyśmy jej tak szybko. Powyższe działania to oczywiście elementy o wiele większej układanki, jednak to właśnie dzięki nim dowiedzieliśmy się o wiele szybciej z czym dokładnie walczymy.

przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst