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「新冠病毒」世界最快超级计算机识别出阻止病毒化合物，每秒计算200万亿次


据美国橡树岭国家实验室Oak Ridge National Laboratory（ORNL）在ChemRxic杂志发布的最新研究报告 ，配备有“人工智能大脑”的超级计算机Summit进行了数千次的仿真后 ， 识别出77种可以有效阻止新冠病毒感染宿主细胞的药物化合物 ， 这将成为研发出针对新冠病毒的有效治疗方法的关键一步 。
据Worldometer 统计 ， 截至25日上午 ， 新冠病毒感染病例已达到421413例 ，死亡人数逾18810 。 目前尚无新冠病毒的疫苗和治疗方法 ， 迅速蔓延的疫情使科学家们面临前所未有的挑战 ， 而世界上最快的超级计算机Summit则加快了了研究路线图的规划 。
研究人员在Summit上对8000多种化合物进行了模拟 ， 筛选出了最有可能与新冠病毒主要“尖峰”蛋白结合从而使其无法感染宿主细胞的化合物 ， 并根据其阻止病毒感染人体的有效性进行了排名 。
新冠病毒S蛋白的结构建模：以SARS为模板
早在疫情早期阶段 ， 武汉病毒所研究团队周鹏 ， 石正立等人便从5位新冠肺炎患者的病毒样本中获得了该病毒的全长基因序列 ， 发现其与SARS 具有79.6%的序列同源性 ， 并将该结果发表在《自然》杂志上 。
「新冠病毒」世界最快超级计算机识别出阻止病毒化合物，每秒计算200万亿次
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由于这两种病毒的结构高度相似 ， 研究人员开始关注新冠病毒进入宿主细胞的进入点 。
田纳西大学（UT）校长兼UT / ORNL分子生物物理中心主任Jeremy C. Smith的假设是 ， 两种病毒甚至可能以相同的方式“对接”至人体细胞 。
据《中国生命科学》杂志于1月21日发布的一篇论文 ， 中国医学家新天许 ， 陈萍等人以SARS冠状病毒S蛋白的晶体结构为模板 ， 采用计算机引导的同源性建模方法 ， 利用Swiss模型构建了新冠病毒S蛋白的结构模型 ， 并评估了其与人类ACE2分子相互作用的能力 。
「新冠病毒」世界最快超级计算机识别出阻止病毒化合物，每秒计算200万亿次
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在此基础上 ， 橡树岭团队成员和UT / ORNL CMB博士后研究员Micholas Smith根据该结构研究 ， 设计了一个全面的新冠病毒刺突蛋白（也称为S蛋白）的计算模型 ， 旨在计算出可防止新冠病毒S蛋白尖峰粘附人体细胞的化学物质 。
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计算出一种以灰色显示的化合物与以青色显示的SARS-CoV-2刺突蛋白结合 ， 以防止其与紫色显示的人类血管紧张素转化酶2或ACE2受体对接 。
超级计算机Summit助推识别可干扰感染的化合物
Micholas Smith 通过Summit 超级计算机进行分子动力学模拟 ， 从而分析蛋白质中原子和颗粒的运动 。 他模拟了对接于新冠病毒S蛋白尖峰的不同化合物 ， 以确定它们是否都可以防止该尖峰粘附在人体细胞上 。
Micholas Smith说：“基于Summit ， 我们根据它们与S蛋白峰值结合的可能性标准对这些化合物进行了排名 。 ”
研究小组发现了77种小分子化合物 ， 例如药物和天然化合物 。 在模拟中 ， 这些化合物会结合到对人体细胞很重要的尖峰区域 ， 从而干扰感染过程 。
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ORNL研究人员使用Summit超级计算机确定了可能与SARS-CoV-2冠状病毒的主要“尖峰”蛋白结合并阻止其感染人类细胞的现有药物化合物 。
在《科学》杂志上发布了高度精确的S蛋白模型后 ， 研究小组计划使用更新后的模型再次运行计算研究 。 研究人员强调必须对77种化合物进行实验测试 ， 然后才能确定其可用性 。
“使用Summit来获得我们所需的仿真结果仅仅花了一两天的时间 ， 而在一台普通计算机上要花上几个月的时间 ， ”Jeremy C. Smith说 。
超级计算机Summit 于2014年受美国能源部委托制造 ， 旨在解决全球性难题 。 它的运算速度是每秒200万亿次 ， 也就是说 ， 它的运算能力是最快的笔记本电脑的100万倍 。
此前 ， Summit曾确定了早老性痴呆症细胞系统的模式 ， 分析了有助于阿片类药物成瘾性状的基因 ， 并根据气候模拟预测了极端天气 。
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“这不是治愈方法 ， 但这是朝正确方向迈出的关键一步”
“这并不意味着我们已经找到了治疗新冠病毒的方法 。 但我们希望 ， 我们的计算结果将为将来的研究提供参考 ， 并为实验人员提供用于进一步研究这些化合物的框架 ， ” Jeremy C. Smith在一份声明中说 。
“只有这样 ， 我们才知道它们中是否都具有减轻这种病毒感染所需的特征 。 ”
该研究团队将对新冠病毒峰值模型进行持续的更新 ， 通过在Summit 上运行模拟判断哪些药物对病毒最有效 。 该研究结果会在第一时间发布在ChemRxiv杂志上 ， 截至目前 ， 该模型已经进展到第四版本 。
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