Ученые всего мира пытаются найти лекарства, способные остановить пандемию и вылечить зараженных, страдающих от боли в груди и осложненного дыхания. Не так давно им на помощь пришел IBM Summit – суперкомпьютер Ок-Риджской национальной лаборатории, находящейся в штате Теннесси, США. Эта высокопроизводительная машина занимает площадь, равную двум теннисным кортам. IBM Summit способен выполнять 200 квадриллионов операций за 1 секунду, т.е. его вычислительная мощность, грубо говоря, в 1 000 000 раз выше, чем у среднего ноутбука.
За последний месяц этот суперкомпьютер проанализировал библиотеку, в которой содержится около 8 тысяч известных на сегодняшний день лекарственных соединений, чтобы найти среди них потенциально эффективные в борьбе с Covid-19. В их число входят химические, натуральные и растительные препараты, уже когда-либо опробованные на людях и состоящие в перечне утвержденных лекарств. Summit сумел всего за двое суток сократить огромный список до 77 позиций. Обычным компьютерам на то, чтобы проделать такую работу, понадобились бы месяцы.
Молекулярный биофизик Теннессийского университета Джереми Смит так объяснил идею проекта: если любое из выбранных соединений окажется подходящим, это значительно ускорит процесс разработки препарата, сразу переведя его на стадию утверждения, а потом введения в пользование.
Вместе с коллегой он размещает и оперативно обновляет полученные данные на сайте .
Если соединение покажет себя нужным образом на животных, можно будет пропустить первый этап тестирования на людях: тогда ученые начнут проверять эффективность лекарства сразу на зараженных.
В целом разработка лекарственных препаратов – это очень длительный и сложный процесс, который может продолжаться даже десяток лет. За это время многие разработки оказываются провальными, т.е. либо неэффективными, либо даже небезопасными. Вот почему суперкомпьютеры могут так сильно помочь человечеству во времена пандемий, когда для нового инфекционного заболевания еще нет никакой методики лечения.
В ходе исследований Смит работал с геномом вируса SARS-CoV-2, выложенным в Сеть китайскими исследователями в январе 2020 года. По этим данным, он имеет много общего с коронавирусом, который вызывает ТОРС (тяжёлый острый респираторный синдром, на англ. – SARS). Заражение организма происходит по похожему принципу. На базе этой информации исследователи и запрограммировали суперкомпьютер на поиск подходящего лекарственного соединения.
Здесь очень важно понимать, почему коронавирус так называется. Своим названием он обязан короноподобным протеинам, располагающимся по всей его поверхности. Благодаря им вирус цепляется к клеткам человеческого тела и заражает организм. С помощью Summit ученые пытаются найти вещества, способные связать протеиновые шипы, чтобы вирус не смог забираться в клетки.
“Неизвестно, сработает ли любое из соединений. Есть вероятность, что не подойдет ни одно или сработают сразу несколько”.
Главная сложность заключается в том, что эти шипы постоянно движутся, а значит, для того, чтобы найти лекарства, способные их обезвредить, нужно сначала смоделировать каждое из мелких движений. Вице-президент компании IBM Дэвид Турек сообщил в интервью газете OneZero, что эта математическая задача чрезвычайно сложная. Ведь эксафлопсные вычисления требуют выполнения не меньше миллиарда миллиардов вычислительных процессов за одну секунду.
Тем не менее, суперкомпьютер может справиться с этим довольно быстро. Для решения данной задачи он задействует 4 608 узлов, что эквивалентно мощности 4 608 ноутбуков. Сам процесс подразумевает разделение поставленной задачи на много частей, распределение их среди всех узлов, и, в конце концов, воссоединение всех составляющих в одно решение. Чем-то это похоже на пчелиный улей, в котором сотни пчел сообща трудятся для единой цели, но у каждой из них есть собственная миссия. Одной из сфер применения такой возможности Summit как раз является поиск лекарственных препаратов.
Полученные результаты ещё не говорят о том, что ученые находятся в шаге от изобретения вакцины против Covid-19. Те 77 соединений, которые им с помощью суперкомпьютера удалось отобрать, все еще нужно испытать на животных, а затем и в лабораторных условиях на человеческих клетках. Медики уже проводят эксперименты, однако могут потребоваться месяцы, чтобы им удалось определить, насколько компоненты эффективны в борьбе против вируса. Так что, к сожалению, речь не идет о помощи тем, кто болен прямо сейчас. Но без изготовленного в результате исследований лекарства не обойтись, если пандемия не завершится до конца года или коронавирус будет периодически появляться, подобно гриппу.
Джереми Смит высказал предположение, что если в будущем подобные вспышки ранее неизвестных инфекционных заболеваний будут продолжаться, путем задействования более пяти сотен существующих в мире суперкомпьютеров ученые совершат прорыв в области тестирования лекарств. Человечество, вооруженное такими мощными и эффективными научными инструментами, сможет очень быстро и правильно реагировать на похожие эпидемии.