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Completan simulaciones masivas de coronavirus

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La situación compleja que se ha generado debido a la pandemia del coronavirus ha puesto en marcha, como nunca, iniciativas individuales o de equipos de científicos y tecnólogos enfocadas a encontrar soluciones a los diversos problemas provocados por la enfermedad o los efectos que provoca esta situación.

Buen ejemplo es la rápida secuenciación completa del genoma del COVID-19 que realizaron científicos chinos y publicada el 11 de enero pasado. Esto es importante porque servirá de base para los métodos diagnósticos que se están utilizando en todo el mundo, también para la estrategia de diseño de nuevas vacunas, y para la evaluación de nuevos antivirales.

Por su parte, científicos mexicanos de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), del Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias (INER), del Instituto de Diagnóstico y Referencia Epidemiológicos, y del Instituto Nacional de Nutrición Salvador Zubirán reportan que lograron secuenciar el genoma del Covid-19 del primer paciente que llegó a México con la enfermedad. Y por supuesto, este trabajo científico se sumará a una base de datos internacional donde hasta el momento 22 países diferentes han secuenciado los genomas del virus que se está  presentando en sus territorios. Esto permitirá conocer las especificidades del virus y cómo afecta la salud de las personas que lo adquieran de acuerdo con las características genéticas de la población de cada país y del virus que circule.

Otro ejemplo es un profesor de la Universidad de Sonora (Unison) que- diseñó un ventilador respiratorio, similar al que se emplea en la atención de pacientes del coronavirus COVID-19 en el mundo. El profesor indica que se han comunicado con él desde Argentina y España, para conocer el modelo del ventilador y ha compartido dicha información. Según sus propias estimaciones, una persona podría crear su propio ventilador con un costo menor a los 600 pesos. Por supuesto, el uso de estos equipos debe estar manejando por un médico.

El presente envío en particular nos lo comparte un buen amigo de la UNAM. Se trata de un artículo escrito por Jorge Salazar, publicado el 24 de marzo por el Texas Advanced Computing Center de la University of Texas at Austin y trata de un modelo informático de “todos los átomos de coronavirus” (all-atom coronavirus). Este modelo se basa en el éxito de simulaciones anteriores de todos los átomos del virus de la influenza (all-atom influenza virus). Las simulaciones de dinámica molecular para las pruebas del modelo de coronavirus se ejecutaron en hasta 4,000 nodos, o alrededor de 250,000 de los núcleos de procesamiento en la supercomputadora Frontera. El 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 profesora de química y bioquímica en la University of California at San Diego y 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 las supercomputadora Frontera", dijo Amaro. "Básicamente comenzamos con los componentes individuales, donde sus estructuras se han resuelto a una resolución atómica o casi atómica. Cuidadosamente ponemos cada uno de estos componentes en funcionamiento y en un estado estable. Luego podemos introducirlos en la envoltura más grande en simulaciones 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 quizá en una máquina del Departamento de Energía de EUA", 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 puedan ejecutarse de la manera más eficiente posible, una vez que el sistema esté realmente en funcionamiento".

 

"Por supuesto que es emocionante trabajar en una de estas máquinas nuevas. 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 sistemas ultra grandes 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 una experiencia muy positiva", 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, en 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 concluyó: "Estas simulaciones nos darán nuevas ideas sobre las diferentes partes del coronavirus que se requieren para la infectividad. Y por eso nuestra preocupación es si podemos entender estas características diferentes, entonces los científicos tendrán una mejor oportunidad de diseñar nuevos medicamentos; para comprender cómo funcionan los medicamentos actuales y las posibles combinaciones de medicamentos. La información que obtendremos 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 sólo uno de esos componentes, pero con suerte uno importante y provechoso ".

 

Fuentes:

https://www.tacc.utexas.edu/-/coronavirus-massive-simulations-completed-on-frontera-supercomputer

https://www.elimparcial.com/mexico/Coronavirus-Logran-cientificos-de-la-UNAM-secuenciar-genoma-de-cepa-mexicana-20200302-0118.html

https://noticieros.televisa.com/ultimas-noticias/coronavirus-profesor-mexicano-crea-respiradores-pacientes-bajo-costo/

 

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