Siêu máy tính chuẩn bị mô phỏng toàn bộ lớp vỏ chứa khoảng 200 triệu nguyên tử của virus Corona Vũ Hán

Bình luận Văn Thiện • 13:03, 26/03/20

Các nhà khoa học Hoa Kỳ đang chuẩn bị dùng siêu máy tính Frontera để mô phỏng toàn bộ lớp vỏ của virus Corona Vũ Hán (SARS-COV-2). Việc này sẽ giúp họ có được hiểu biết sâu sắc hơn về cách thức virus này lây nhiễm sang tế bào chủ. Từ đó, các nhà khoa học có thể nhanh chóng chế tạo các loại thuốc và vaccine mới để ngăn chặn dịch bệnh.

Hiện tại, các nhà khoa học đã sử dụng siêu máy tính để thử nghiệm các phần đầu tiên của mô hình và tối ưu hóa các câu lệnh. Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu đang nỗ lực xây dựng mô hình vỏ bọc nguyên tử hoàn chỉnh đầu tiên của SARS-COV-2.

Lãnh đạo nhóm nghiên cứu đồng thời là Giáo sư hóa sinh tại Đại học California, San Diego, Rommie Amaro dự đoán rằng mô hình của virus Corona Vũ Hán chứa khoảng 200 triệu nguyên tử. Công việc này rất phức tạp vì sự tương tác giữa mỗi nguyên tử đều phải được tính toán. Nhóm nghiên cứu sẽ sử dụng cách tiếp cận mô hình tích hợp.

“Chúng tôi đang cố gắng kết hợp dữ liệu ở các mức độ phân giải khác nhau vào một mô hình kết hợp mà có thể mô phỏng được trên siêu máy tính hàng đầu như Frontera”, bà Amaro nói. “Về cơ bản, chúng tôi bắt đầu với các thành phần riêng lẻ. Trong đó, các cấu trúc của chúng đã được phân giải ở cấp độ nguyên tử hoặc gần nguyên tử. Chúng tôi cẩn thận đưa từng thành phần này lên và chạy cho đến khi trạng thái ổn định. Sau đó, chúng tôi có thể đặt chúng vào các mô phỏng lớn hơn của phần vỏ virus”.

Bà Amaro cho biết: “Nếu chúng ta có một mô hình phản ánh đúng bề ngoài của virus trông như thế nào và cách nó hoạt động, chúng ta sẽ có thể hình dung tốt hơn về các bộ phận khác nhau liên quan đến nhận dạng phân tử”. Nhận dạng phân tử sẽ cho phép các nhà khoa học hiểu về cách thức virus tương tác với các thụ thể ACE 2 (angiotensin converting enzyme 2) và có thể gồm cả các mục tiêu khác bên trong màng tế bào chủ.

Protein đột biến của SARS-CoV-2 đã được mô phỏng bởi Phòng thí nghiệm Amaro của UC San Diego trên siêu máy tính Frontera. Đây là protein virus chính gây ra việc lây nhiễm của virus. (Ảnh: Rommie Amaro, UCSD)

Vào ngày 12 đến 13/3/2020, Phòng thí nghiệm Amaro thuộc UCSD đã chạy các mô phỏng động lực phân tử trên 4.000 nút, tương đương khoảng 250.000 lõi xử lý, trên siêu máy tính Frontera. Siêu máy tính này đã được tổ chức Top500 xếp hạng là siêu máy tính mạnh thứ 5 trên thế giới và là siêu máy tính đứng số 1 về học thuật vào tháng 11/2019.

“Mô phỏng quy mô đó chỉ có thể chạy trên một máy như Frontera hoặc trên một siêu máy tính tương đương tại Bộ Năng lượng”, theo Giáo sư Amaro. “Chúng tôi đã liên hệ ngay với nhóm Frontera và họ đã rất nhiệt tình trong việc đưa ra trạng thái ưu tiên đối với chương trình thử nghiệm này và cố gắng tối ưu hóa câu lệnh để mô phỏng có thể chạy hiệu quả nhất có thể, trước khi hệ thống thực sự hoạt động”.

Việc mô phỏng của nhóm Amaro với virus Corona Vũ Hán dựa trên thành công trước đây của nhóm khi mô phỏng toàn bộ nguyên tử của lớp vỏ virus cúm thường - kết quả đó đã được công bố trên ACS Central Science, tháng 2/2020. Bà Amaro cho rằng mô phỏng virus cúm thường có một số điểm tương đồng đáng chú ý với việc mô phỏng virus Corona Vũ Hán.

Một mô phỏng máy tính toàn bộ nguyên tử tại lớp vỏ của virus Corona Vũ Hán đang được Amaro Lab của UC San Diego phát triển trên siêu máy tính Frontera. Nhà hóa sinh Rommie Amaro hy vọng thành công trong mô phỏng lớp vỏ virus cúm (trái) có thể áp dụng cho virus Corona Vũ Hán (phải). (Ảnh: Lorenzo Casalino (UCSD), TACC)

“Đây là một thử nghiệm tuyệt vời đối với phương pháp và khả năng của chúng tôi trong việc thích ứng với dữ liệu mới”, bà Amaro nói. “Chúng tôi mất một năm hoặc hơn để xây dựng lớp vỏ của virus cúm thường và đưa nó lên và chạy trên các siêu máy tính quốc gia. Đối với bệnh cúm, chúng tôi đã sử dụng siêu máy tính Blue Waters - tiền thân của Frontera theo một phương diện nào đó. Tuy nhiên, việc mô phỏng với virus Corona Vũ Hán rõ ràng đang tiến hành với tốc độ nhanh hơn nhiều. Điều này xảy ra được một phần là vì thành công trước đó của chúng tôi khi chạy trên Blue Waters”.

Vào ngày 20/3 vừa qua, Siêu máy tính Summit của IBM, đang được đặt tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge ở Tennessee, Hoa Kỳ, cũng công bố đã xác định được 77 hợp chất thuốc điều trị có thể ngăn chặn dịch virus Corona Vũ Hán. Siêu máy tính khổng lồ này được giao nhiệm vụ tìm kiếm các hợp chất có thể liên kết với protein “đột biến” (spike) hay S-protein của virus mà nó sử dụng để lây nhiễm tế bào chủ. Nếu vô hiệu hóa được protein này, virus sẽ bị ức chế lây lan.

Văn Thiện

Theo Sci Tech Daily

Khoa học Công nghệ