Um modelo de computador de todos os átomos de envelope de coronavírus está sendo desenvolvido pelo Amaro Lab da UC San Diego no supercomputador Frontera da TACC da UT Austin, financiado pela NSF. A bioquímica Rommie Amaro espera aproveitar seu recente sucesso com simulações de todos os átomos do vírus da influenza (à esquerda) e aplicá-las ao coronavírus (à direita). Crédito:Lorenzo Casalino (UCSD), TACC
Os cientistas estão preparando um enorme modelo de computador do coronavírus que, segundo eles, dará uma ideia de como ele infecta o corpo. Eles deram os primeiros passos, testar as primeiras partes do modelo e otimizar o código no supercomputador Frontera da Universidade do Texas no Texas Advanced Computing Center (TACC) de Austin. O conhecimento obtido com o modelo completo pode ajudar os pesquisadores a projetar novos medicamentos e vacinas para combater o coronavírus.
Rommie Amaro está liderando esforços para construir o primeiro modelo completo de todos os átomos do envelope de coronavírus SARS-COV-2, seu componente exterior. "Se tivermos um bom modelo para a aparência do exterior da partícula e como ela se comporta, vamos ter uma boa visão dos diferentes componentes que estão envolvidos no reconhecimento molecular. "O reconhecimento molecular envolve como o vírus interage com os receptores da enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2) e possivelmente outros alvos dentro da membrana da célula hospedeira. Amaro é professor de química e bioquímica da Universidade da Califórnia, San Diego.
Amaro prevê que o modelo de coronavírus contenha cerca de 200 milhões de átomos, uma empresa assustadora, como a interação de cada átomo com o outro deve ser computada. O fluxo de trabalho de sua equipe é híbrido, ou abordagem de modelagem integrativa.
"Estamos tentando combinar dados em diferentes resoluções em um modelo coeso que pode ser simulado em instalações de classe de liderança como Frontera, "Amaro disse." Basicamente, começamos com os componentes individuais, onde suas estruturas foram resolvidas em resolução atômica ou quase atômica. Colocamos cuidadosamente cada um desses componentes em funcionamento e em um estado em que sejam estáveis. Então, podemos introduzi-los nas simulações de envelope maior com moléculas vizinhas. "
A proteína de pico SARS-CoV-2 do coronavírus foi simulada pelo Romaro Lab da UC San Diego no supercomputador Frontera da TACC da UT Austin financiado pela NSF. É a principal proteína viral envolvida na infecção por coronavírus da célula hospedeira. Simulações de dinâmica molecular baseadas em física podem prever como a máquina molecular do coronavírus se move, que permite aos pesquisadores uma visão sobre suas vulnerabilidades a vacinas e medicamentos em potencial. Cabeça do Coronavirus Spike baseada em pdb 6vsb; spike stalk usando modelagem de homologia; glicoprofila projetado de acordo com Walls et al. 2019 Cell, e Watanabe et al. 2020 bioRxiv. Crédito:Rommie Amaro, UCSD
De 12 a 13 de março, 2020, o Amaro Lab executou simulações de dinâmica molecular em até 4, 000 nós, ou cerca de 250, 000 núcleos de processamento, em Frontera. Frontera, o quinto supercomputador do mundo e o supercomputador acadêmico de acordo com as classificações de novembro de 2019 da organização Top500, é o sistema de computação de alto desempenho de classe de liderança apoiado pela National Science Foundation.
“Simulações desse tamanho só são possíveis em uma máquina como o Frontera ou em uma máquina possivelmente do Departamento de Energia, "Disse Amaro." Entramos imediatamente em contato com a equipe do Frontera, e eles foram muito gentis em nos dar status de prioridade para benchmarking e tentar otimizar o código para que essas simulações pudessem ser executadas da forma mais eficiente possível, assim que o sistema estiver realmente instalado e funcionando. "
"É empolgante trabalhar em uma dessas máquinas totalmente novas, com certeza. Nossa experiência até agora tem sido muito boa. Os benchmarks iniciais foram realmente impressionantes para este sistema. Continuaremos a otimizar os códigos para esses sistemas ultragrandes para que possamos, no final das contas, obter um desempenho ainda melhor. Eu diria que trabalhar com a equipe da Frontera também foi fantástico. Eles estão prontos para ajudar e foram extremamente ágeis durante esse período crítico. Tem sido uma experiencia muito positiva, "Amaro disse.
"A TACC tem o orgulho de apoiar esta pesquisa crítica e inovadora, "disse Dan Stanzione, Diretor Executivo da TACC e Pesquisador Principal do projeto de supercomputador Frontera. "Continuaremos apoiando as simulações de Amaro e outros trabalhos importantes relacionados para entender e encontrar uma maneira de derrotar essa nova ameaça."
O supercomputador Frontera financiado pela NSF do Texas Advanced Computing Center em UT Austin é classificado como # 5 mais rápido no mundo e # 1 para sistemas acadêmicos, de acordo com a classificação Top500 de novembro de 2019. Crédito:TACC
O trabalho de Amaro com o coronavírus se baseia em seu sucesso com uma simulação de todos os átomos do envelope do vírus da gripe, publicado em ACS Central Science , Fevereiro de 2020. Ela disse que o trabalho da gripe terá um número notável de semelhanças com o que eles estão buscando agora com o coronavírus.
"É um teste brilhante de nossos métodos e habilidades para nos adaptarmos a novos dados e colocá-los em funcionamento imediatamente, - disse Amaro. - Levamos um ano ou mais para construir o envelope viral da gripe e colocá-lo em funcionamento nos supercomputadores nacionais. Para influenza, usamos o supercomputador Blue Waters, que foi de certa forma o predecessor de Frontera. O trabalho, Contudo, com o coronavírus, obviamente, está avançando muito, ritmo muito mais rápido. Isso está habilitado, em parte por causa do trabalho que fizemos anteriormente em Blue Waters. "
Disse Amaro:"Essas simulações nos darão novos insights sobre as diferentes partes do coronavírus que são necessárias para a infectividade. E por que nos importamos com isso é porque se pudermos entender esses diferentes recursos, os cientistas têm uma chance melhor de projetar novos medicamentos; para entender como funcionam os medicamentos atuais e as combinações de medicamentos em potencial. As informações que obtemos dessas simulações são multifacetadas e multidimensionais e serão úteis para cientistas na linha de frente imediatamente e também em longo prazo. Esperançosamente, o público entenderá que há muitos componentes e facetas diferentes da ciência para avançar para entender este vírus. Essas simulações no Frontera são apenas um desses componentes, mas espero que seja importante e lucrativo. "
