Российское научное сообщество делает существенный вклад в мировую борьбу с угрозой COVID-19, используя передовые информационные, вычислительные и биотехнологические ресурсы. Исследовательские группы из Красноярска, Новосибирска и Москвы, совместно с зарубежными партнерами из Финляндии, Китая, Японии и Канады, задействуют потенциал обновленного суперкомпьютера Межведомственного суперкомпьютерного центра Российской академии наук (МСЦ РАН) для прорывных исследований в сфере новых лекарственных препаратов и диагностических инструментов против SARS-CoV-2.
Сила международного сотрудничества в преодолении пандемии COVID-19
Усилия ученых на разных континентах объединяются в масштабном интернациональном проекте, позволяющем быстро реагировать на крупные вызовы, связанные с возникновением новых вирусов. Пандемия 2020 года стала катализатором для поиска новых решений, и Россия уверенно вносит свой вклад в борьбу с коронавирусной инфекцией. В команду международных специалистов входят вирусологи, биотехнологи, математики, физики и химики, что дает уникальную возможность комплексного подхода к проблеме. Благодаря такому сотрудничеству удается не только ускорять процессы разработки, но и внедрять сверхновые методики, ранее недоступные в одиночных исследованиях.
Российские исследовательские коллективы, включая специалистов МСЦ РАН, Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН», Красноярского государственного медицинского университета имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, а также их зарубежные партнеры, расширяют границы современного научно-медицинского поиска.
Передовые вычислительные технологии на страже здоровья человечества
Высокопроизводительный суперкомпьютер МСЦ РАН был модернизирован с учетом современных требований биоинформатики и молекулярного моделирования. Особое внимание уделяется проектам, связанным с диагностикой, терапией и профилактикой вирусных инфекций, в первую очередь COVID-19 и его возбудителя SARS-CoV-2. МСЦ РАН приоритетно предоставляет ресурсы командам, разрабатывающим инновационные методы лечения и диагностики. Это ускоряет научные открытия и позволяет быстро трансформировать фундаментальные разработки в практические решения.
Выделение первостепенных вычислительных мощностей позволяло российским и зарубежным исследователям проводить сложные симуляции, необходимые для точного понимания структуры и работы коронавируса на молекулярном уровне. Такой подход повысил качество и скорость поиска перспективных молекул-ингибиторов, а также выявления новых мишеней для терапевтических препаратов.
Молекулярный дизайн: новые горизонты разработки лекарств и тест-систем
Как рассказывает Анна Кичкайло, руководитель лабораторий ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и КрасГМУ имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, одним из ключевых направлений стал «компьютерный дизайн» медицинских препаратов. С помощью молекулярного моделирования научные коллективы разрабатывают структуры, избирательно взаимодействующие с рецептор-связывающим доменом Spike-белка SARS-CoV-2. Это позволяет создавать высокоспецифичные агенты, которые могут быть использованы как для ранней диагностики (обнаружения вируса в биологических жидкостях), так и для создания новых антивирусных лекарств, способных блокировать механизмы заражения клеток.
Разработанные при поддержке суперкомпьютеров молекулярные структуры проходят предварительный отбор по результатам моделирования, после чего наиболее перспективные из них тестируются в лабораторных условиях на моделях вирусов, белков и клеток. Такой интеграционный подход обеспечивает высокую эффективность научного поиска и значительно сокращает сроки появления новых диагностических и терапевтических продуктов.
МСЦ РАН, Анна Кичкайло и перспективы дальнейших исследований
Проекты под руководством российских ученых и при поддержке таких организаций, как Межведомственный суперкомпьютерный центр Российской академии наук, Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН», а также Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, становятся образцом использования научного потенциала страны на глобальной арене. Руководитель биомолекулярных и медицинских технологий КрасГМУ Анна Кичкайло отмечает исключительную важность междисциплинарного подхода и совместной работы международных команд для ускорения получения востребованных практических результатов.
Кроме того, инициатива российских исследователей поддерживается в том числе и партнерами из ведущих мировых центров — таких, как Research Center for Computational Design of Advanced Functional Materials (Япония) и National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST). Эти институции предоставляют уникальные компетенции и ресурсы, значительно обогащая общий потенциал проекта.
Позитивные перспективы: наука помогает одолеть COVID-19
Работа российских и зарубежных ученых — не просто теоретические разработки: практические плоды их труда уже сейчас способны влиять на ход пандемии, ускорять диагностику, повышать эффективность лечения и профилактики. Благодаря объединению передовых вычислительных методов, многолетних биомедицинских традиций и энергетики коллективного труда, в России и в мире формируется новая модель научного взаимодействия, ускоряющая технологический прогресс во благо здоровья людей.
Будущее медицины сейчас формируется не только в лабораториях и клиниках, но и в суперкомпьютерных центрах, где моделируются сложнейшие сценарии взаимодействия вируса с клеткой и разрабатываются новые препараты. Коллективы, возглавляемые такими признанными специалистами, как Анна Кичкайло, Дмитрий Федоров и Геннадий Иванович Савин, уверенно прокладывают дорогу к инновациям. Оптимистично смотря в завтрашний день, исследователи верят — совместными усилиями человечество обязательно одержит победу над COVID-19 и будет готово к новым вызовам будущего.
В последние годы перед человечеством встала задача быстрого поиска эффективных решений против опасных вирусных инфекций, одной из которых стал коронавирус. Инновационные подходы в биомедицине делают возможноcть разрабатывать лекарственные препараты нового поколения. Особое место в этом процессе занимают суперкомпьютерные вычисления, способные значительно ускорить научные открытия и повысить точность прогнозирования.
Роль суперкомпьютеров в исследовании коронавируса
Современные суперкомпьютеры позволяют с невероятной детализацией анализировать процесс взаимодействия между ключевыми белками коронавируса и клетками человека. Особое внимание ученые уделяют исследованию Spike-белка, который локализуется на поверхности вируса и играет главную роль в проникновении патогена в клетку-мишень. Его основной "партнер" в человеческом организме — белок АПФ2 (ACE2, ангиотензин-превращающий фермент 2), который вирус использует как входные ворота. Если прервать это взаимодействие, существенно снижается вероятность того, что вирус сможет заражать клетки. Моделируя такие процессы с помощью суперкомпьютеров, ученые открывают дорогу созданию новых методов профилактики и лечения инфекции.
Компьютерное моделирование для поиска лекарств будущего
До тех пор, пока массовое применение вакцин не стало повсеместно доступным, разработка препаратов, замедляющих и облегчающих течение болезни, оставалась приоритетом. Один из самых эффективных способов достижения этой цели — использование компьютерного симулирования, которое помогает заглянуть внутрь происходящих на молекулярном уровне процессов. Выполняя масштабные молекулярно-динамические и квантово-химические расчеты, специалисты могут виртуально протестировать тысячи вариантов потенциальных лекарств, оценить, как эффективно те или иные соединения блокируют ключевые белки, и насколько они конкурентоспособны по сравнению с естественными взаимодействиями вируса и организма человека.
Данный подход значительно ускоряет весь цикл исследования — от формулировки гипотезы до лабораторного тестирования. Так, проведение различных экспериментов в виртуальной среде позволяет сузить круг испытаний в реальных лабораториях, фокусируясь только на наиболее многообещающих соединениях. Именно так на свет появляются инновационные молекулы-аптамеры, которые могут опережать по эффективности традиционные препараты.
Аптамеры: новые пути борьбы с вирусами
Уникальность компьютерных расчетов заключается в способности создавать обширные библиотеки аптамеров — молекулярных конструкций, обладающих способностью специфически и прочно связываться с вирусными белками. Эти аптамеры могут быть подобраны так, что они будут конкурировать с белком АПФ2 за связывание со Spike-белком вируса, снижая риск заражения и распространения инфекции. Технологии молекулярного докинга и молекулярной динамики позволяют определить, какие именно конструкции аптамеров перспективнее для дальнейшего изучения и внедрения. Квантово-химические методы вскрывают детали взаимодействия на недостижимом ранее уровне точности, позволяя доработать молекулы до идеальных фармакологических свойств.
В конечном счете, такие виртуальные библиотеки становятся источником, из которого можно выбрать наиболее удачных кандидатов для создания новых лекарств — быстродействующих, эффективных и безопасных для человека.
Зачем нужны суперкомпьютеры в современной медицине
Проведение столь сложных исследований в короткие сроки приходится по плечу только самым современным вычислительным системам. Исследования молекулярных взаимодействий — задача крайне объемная: приходится анализировать миллионы возможных структурных вариаций и биохимических реакций. Здесь и вступает в игру потенциал суперкомпьютеров, которые выполняют тысячи триллионов (или даже квадриллионов) операций каждую секунду, позволяя ученым реализовать амбициозные проекты, успешно конкурируя с ведущими мировыми исследовательскими центрами.
С помощью высокопроизводительных вычислений можно прогнозировать эффективность различных стратегий лечения еще до начала дорогостоящих и длительных натурных экспериментов, что экономит ценные ресурсы — как временные, так и финансовые.
Инновационные возможности Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН
Ярким примером передовых возможностей отечественной науки является Межведомственный суперкомпьютерный центр Российской академии наук (МСЦ РАН). Это один из самых мощных центров страны, работающий на благо российских учёных и образовательных проектов. Высококвалифицированная команда специалистов МСЦ РАН объединяет научных сотрудников разных направлений, инженеров и программистов высшего класса. Ресурсами центра сегодня активно пользуются более 150 исследовательских групп, каждая из которых решает задачи различного масштаба — от фундаментальных до прикладных.
Производительность вычислительных систем МСЦ РАН превышает 1,3 петафлопса — это невероятный объем вычислительной мощности, способный обрабатывать сложнейшие биомолекулярные, химические и физические задачи. Пять суперкомпьютерных кластеров центра входят в топ-50 самых мощных суперкомпьютеров России, подтверждая лидерские позиции МСЦ на российском и международном научном поле.
Оптимизм будущих открытий
Суперкомпьютерное моделирование становится прочным фактором в борьбе с новыми инфекциями. Сегодня объединение усилий ученых, компьютерных технологий и передовых методов анализа формирует оптимистичный фон для будущих научных открытий. Сочетание теоретического моделирования и экспериментальных исследований приносит быстрые и значимые результаты, которые на шаг приближают человечество к разработке новых, эффективных и безопасных препаратов. Каждая единица вычислительной мощности — это вклад в здоровье миллионов людей, а каждый инновационный подход — уверенный шаг к безопасному будущему.
В конце 2019 года Минобрнауки России успешно завершило очередную модернизацию передового суперкомпьютера МВС-10П ОП в рамках государственной программы развития центров коллективного пользования. Благодаря обновлению, вычислительная мощность этого комплекса достигла впечатляющих 771 терафлопс — речь идет о триллионе вычислительных операций с плавающей запятой в секунду. Такое достижение значительно расширяет горизонты для осуществления научных исследований на самом высоком уровне, открывая новые возможности для отечественных специалистов.
Платформа для научных прорывов
Современный суперкомпьютер МВС-10П ОП стал ключевым инструментом в руках российских ученых, предоставляя невероятные возможности для моделирования, анализа и обобщения огромных массивов данных. Этот высокотехнологичный ресурс активно используется как академическими исследователями, так и сотрудниками ведущих университетов страны. Благодаря регулярным инициативам по обновлению вычислительных ресурсов и совершенствованию инфраструктуры, специалисты могут решать сложнейшие задачи — от фундаментальных исследований до прикладных разработок. Такой подход к развитию научно-исследовательских центров гарантирует эффективную поддержку проектов в самых различных областях: от физики и химии до биотехнологий и инженерии.
Научный руководитель Межведомственного суперкомпьютерного центра Российской академии наук, академик Геннадий Иванович Савин, подчеркнул значимость происходящих изменений. По его словам, постоянная модернизация таких вычислительных комплексов позволяет открывать перед российской наукой новые горизонты, обеспечивать исследовательские коллективы продвинутыми ресурсами и способствовать созданию уникальных решений в актуальных сферах. Он отметил, что наличие современных вычислительных платформ — залог эффективной работы учёных, а также повышения конкурентоспособности российской науки на мировой арене.
Мощный ресурс для будущих достижений
Обновленный суперкомпьютер предлагает учёным гораздо большие возможности для реализации инновационных проектов и ускорения научно-исследовательских процессов. Высокая производительность МВС-10П ОП позволяет проводить сложнейшие расчёты за считанные минуты — то, что ранее занимало часы или даже дни. Это становится серьёзным подспорьем для создания новых препаратов, разработки эффективных инженерных решений, моделирования климатических процессов, анализа «больших данных» и многого другого.
Инвестиции в совершенствование вычислительных ресурсов и инфраструктуры ведущих центров коллективного пользования уже сегодня приносят плоды — это не только поддержка актуальных исследований, но и создание условий для масштабных научных открытий. Модернизация суперкомпьютерных систем способствует притоку новых идей, активному обмену опытом между научными сообществами и формированию благоприятной среды для развития талантливых специалистов. Всё это позволяет смотреть в будущее с уверенностью и оптимизмом, ведь накопленный потенциал открывает путь для новых отечественных и международных достижений в области науки и технологий.
Источник: scientificrussia.ru
