Прорыв в вычислениях и квантовой химии революционизирует открытие лекарств

С помощью самого быстрого в мире суперкомпьютера и передовых технологий учёные совершили прорыв в области высокопроизводительных вычислений (HPC) и квантовой химии. Это открытие может произвести революцию в создании лекарств и поиске новых методов лечения ряда заболеваний.

Под руководством Джузеппе Барка, доцента Мельбурнского университета и эксперта в области HPC, исследовательская группа впервые провела моделирование биологических систем на уровне, необходимом для точного изучения эффективности лекарств.

С помощью суперкомпьютера Frontier команда разработала новое программное обеспечение для точного прогнозирования химических реакций и физических свойств молекулярных систем, состоящих из сотен тысяч атомов. Это устанавливает новый стандарт в вычислительной химии.

В проекте участвовали Национальная лаборатория Оук-Ридж, компания AMD и стартап QDX.

Это достижение — результат более чем четырёхлетних исследований — позволяет изучать биомолекулярные системы с точностью до квантового уровня.

Передовое моделирование даёт возможность наблюдать и понимать эти системы в беспрецедентных деталях, что поможет лучше оценивать традиционные лекарства и разрабатывать новые терапевтические средства.

Благодаря этому открытию мы можем моделировать поведение лекарств так же точно, как в физических экспериментах. Мы видим, как меняется лекарство со временем: как разрываются и образуются связи в биологической системе. Это поможет оценить эффективность лекарств и разработать новые методы лечения, — говорит доцент Барка.

Более 80% белков, вызывающих заболевания, не поддаются лечению существующими препаратами. Только два процента работают с известными лекарствами.

Передовая квантовая механика и высокопроизводительные вычисления помогают быстрее и точнее открывать новые лекарства. Они также позволяют понять то, что было недоступно традиционной вычислительной химии. Это помогает найти новые способы лечения заболеваний.

В ходе моделирования вычисляется, насколько молекула лекарства близка к определённой цели — например, мутировавшему белку, вызывающему заболевание. Алгоритмы оценивают прочность связи между лекарством и мишенью, что говорит об эффективности препарата.

Чтобы протестировать лекарство с помощью квантового моделирования, биологическая модель системы должна включать тысячи атомов.

Дмитрий Быков, химик-вычислитель из Ок-Риджской национальной лаборатории, говорит, что они создали суперкомпьютер Frontier для решения сложных задач. Эти симуляции выводят вычислительные возможности в новый мир благодаря преодолению экзафлопсного барьера. Время решения задач радикально сокращается. И это только начало новой эры.

Представитель AMD в Национальной лаборатории Оук-Ридж, доктор Якуб Курзак, рад, что технологии высокопроизводительных вычислений AMD помогут совершить прорыв в медицине. Они обеспечат необходимую производительность для точного моделирования сложной физики молекулярных систем при поиске лекарств.

Генеральный директор QDX Лун Ванг: «Мы рады преобразовать научные достижения в удобную платформу для поиска лекарств. Наше квантовое моделирование обеспечивает высокую точность. Мы надеемся, что это поможет быстрее и дешевле разрабатывать новые лекарства от сложных болезней».

Благодаря новым вычислительным и программным возможностям мы можем точно моделировать процессы на квантово-механическом уровне и прогнозировать с точностью, близкой к экспериментальным результатам. А ещё несколько лет назад такие расчёты были невозможны, — заключает доцент Барка.

31.07.2024