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Simulaciones de Coronavirus ayudara a Científicos a crear Vacunas

simulaciones de coronavirus

Los científicos están preparando un modelo informático masivo a través de simulaciones de coronavirus que esperan darán una idea de cómo se infecta en el cuerpo. Han dado los primeros pasos, probando las primeras partes del modelo y optimizando el código en la supercomputadora Frontera en la Universidad de Texas en el Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC) de Austin. El conocimiento obtenido del modelo completo puede ayudar a los investigadores a diseñar nuevos medicamentos y vacunas para combatir el coronavirus.

Rommie Amaro lidera los esfuerzos para construir el primer modelo completo de todos los 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 obtener 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 otros objetivos dentro de la membrana de la célula huésped. Amaro es profesor de química y bioquímica en la Universidad de California en San Diego.

Amaro anticipa que el modelo de coronavirus contendrá aproximadamente 200 millones de átomos, una tarea desalentadora, ya que la interacción de cada átomo entre sí debe calcularse. El flujo de trabajo de su equipo adopta un enfoque de modelado híbrido o integrador.

“Estamos tratando de combinar datos en diferentes resoluciones en un modelo cohesivo que pueda simularse en instalaciones de clase de liderazgo como Frontera”, dijo Amaro. “Básicamente comenzamos con los componentes individuales, donde sus estructuras se han resuelto a una resolución atómica o casi atómica. Cuidadosamente ponemos en funcionamiento cada uno de estos componentes y los llevamos a un estado estable. Luego podemos introducirlos en la envoltura más grande. simulaciones de coronavirus con moléculas vecinas “.

Del 12 al 13 de marzo de 2020, el Laboratorio de Amaro realizó 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 la clasificación 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 con el equipo de Frontera, y ellos han sido muy amables al darnos el estado de prioridad para la evaluación comparativa y tratar de optimizar el código para que estas simulaciones de coronavirus puedan ejecutarse de la manera más eficiente posible, una vez que el sistema esté realmente en funcionamiento”.

“Es emocionante trabajar en una de estas máquinas nuevas, seguro. 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 ultra grandes sistemas para que podamos obtener un rendimiento aún mejor. 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 muy positivo experiencia “, 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 forma de vencer esta nueva amenaza”.

El trabajo de Amaro con el coronavirus se basa en su éxito con una simulación de todos los átomos de la envoltura del virus de la gripe, publicada en ACS Central Science , febrero de 2020. Ella dijo que el trabajo de la gripe tendrá una notable cantidad de similitudes con lo que ahora están buscando con el coronavirus.

“Es una prueba brillante de nuestros métodos y nuestras capacidades para adaptarnos a nuevos datos y ponerlos en marcha de inmediato”, dijo Amaro. “Nos llevó un año o más construir el sobre viral de la influenza y ponerlo en funcionamiento en las supercomputadoras nacionales. Para la influenza, utilizamos la supercomputadora Blue Waters, que en cierto modo fue la predecesora de Frontera. El trabajo, sin embargo, con el coronavirus obviamente está avanzando a un ritmo mucho, mucho más rápido. Esto está habilitado, en parte debido al trabajo que hicimos en Blue Waters anteriormente “.

Amaro dijo: “Estas simulaciones nos darán nuevas ideas sobre las diferentes partes del coronavirus que se requieren para la infectividad. Y por eso nos preocupamos es porque si podemos entender estas características diferentes, los científicos tienen una mejor oportunidad de diseñar nuevos medicamentos; para entender cómo funcionan los medicamentos actuales y las posibles combinaciones de medicamentos.

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. Esperemos que el público entienda que hay muchos componentes y facetas diferentes de la ciencia para avanzar en la comprensión de este virus. Estas simulaciones en Frontera son solo uno de esos componentes, pero con suerte uno importante y provechoso “.

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