对抗冠状病毒，世界上最强大的超级计算机已加入战斗
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编者按：冠状病毒的阴影已然笼罩了全球。为了抗击疫情，科学家们已经征募了世界上最强大的超级计算机——IBM公司建造的Summit助力药物开发。预计在未来，如果再次爆发新的和治疗方法未知的疾病时，我们仍旧可以使用世界上500个左右的超级计算机来模拟药物发现的过程，这样科学家就可以尽快启动药物测试，以最快的速度用科学的工具做出科学的反应。本文译自medium，文章作者Emily Mullin，原文标题The World’s Most Powerful Supercomputer Has Entered the Fight Against Coronavirus。
图片：Oak Ridge National Lab（橡树岭国家实验室）
随着Covid-19在全球范围内扩散开来，科学家们正忙着寻找能帮助患者早日康复的药物。这种以前从未出现过的病原体会导致严重的呼吸道症状，包括呼吸困难和胸部疼痛。
为了提高搜索能力，科学家们已经征募了世界上最强大的超级计算机——IBM公司建造的Summit投入战斗。这台超级计算机的地板空间有两个网球场那么大。在美国能源部位于田纳西州的橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory），这台计算机以每秒200千万亿次的计算速度——大约是普通笔记本电脑的100万倍——工作着。
上个月，研究人员用它筛选了8000种已知的药物化合物，以寻找最有可能有效对抗冠状病毒的药物。这些药物包括化学合成品、草药和天然药品，它们要么已经在人体中被研究过，要么已经被批准为药物——重要的是，这些药物已经被认为对人体是安全的。Summit在两天内将数据集缩小到了77个。如果使用普通电脑，这一过程可能需要耗费好几个月的时间。
“从逻辑上来说，如果这些药品中有任何一种有效，它就应该比典型的药物开发过程更快地获得批准和广泛使用，”田纳西大学（University of Tennessee）的分子生物物理学家Jeremy Smith告诉OneZero。今年2月，他和他的同事将他们的发现发布在服务器ChemRxiv上，并在进行更多计算的同时对论文进行更新。
图片：Oak Ridge National Lab（橡树岭国家实验室）
如果其中任何一种化合物对动物有效，科学家们就可以跳过对人类的初步安全试验，直接测试药物对病人的有效性。
众所周知，药物开发是一个漫长的过程——一种新药从被发现到进入市场可能要花上10年的时间，而且开发失败的主要原因是因为它们不安全或者没有达到预期效果。这就是为什么像Summit这样的超级计算机在全球爆发一种没有已知治疗方法的传染病时特别有用的原因。
为了进行模拟，Smith使用了中国研究人员于今年1月在网上公布的该病毒的基因组。数据显示，这种现在被称为SARS-CoV-2的病毒与导致严重急性呼吸系统综合症（SARS）的冠状病毒相似，并以类似的方式感染人体。有了这些知识，他们设计了相应的程序来寻找特殊的针对性药物。
冠状病毒得名于其表面的冠状蛋白，这些蛋白使病毒能够结合并感染人类细胞。研究人员利用Summit确定了能够与这些蛋白质结合的药物，以阻止病毒进入人体细胞。
使这一过程变得复杂的是，病毒的冠状蛋白不断地进行微小的运动。研究人员必须弄清楚如何模拟这些运动，以帮助找到可以对抗这些运动的药物。“这是一个复杂的数学问题，”IBM副总裁David Turek告诉OneZero说。
使用机器学习算法，超级计算机可以非常快速地做到这一点，它可以将一个问题分解成若干块，分配给所有单独的节点或计算机，然后将所有这些块重新组合在一起，重新构成问题的解决方案。它类似于一个蜂箱，里面有一百多个不同的工蜂为了一个共同的目标在一起工作，但是每一个都有自己的任务。这种能力使研究人员能够执行难以置信的复杂任务，如发现某种针对性的药物。
但有结果并不意味着该团队已经找到了治疗或治愈SARS-CoV-2的方法。他们鉴定出的77种化合物还需要在实验室中对动物和人类细胞进行测试。田纳西大学卫生中心（University of Tennessee Health Center）的病毒学家现在已经开始进行实验了，但确定其中任何一种化合物是否对冠状病毒有效可能需要数月时间。这可能还不足以马上帮助患者，但如果这种冠状病毒的传播持续到明年，或者这种病毒从此就与人类共存——这意味着它成为一种像流感一样经常发生的病原体——那么我们自然都希望有一种针对此病毒的特效药。
Smith表示：“我不知道这些方法是否有效。也许数据库中没有什么药物会起作用，也许有几种会起作用。”
Smith认为，如果未来再次爆发新的和治疗方法未知的疾病时，我们可以使用世界上500个左右的超级计算机来模拟药物发现的过程，这样科学家就可以尽快启动药物测试。他表示：“我们可以准备好科学工具，这样我们就能以最快的速度做出正确的科学反应。”
译者：喜汤
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