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【中国科学报】超高通量药物分子虚拟筛选平台问世
发表日期: 2015-08-21
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  本报讯(记者成舸 通讯员于东阳、唐又旺)日前,国防科技大学计算机学院联合中科院上海药物研究所、广州超算中心,成功研发出一种超高通量的药物分子虚拟筛选平台,可以利用“天河二号”超级计算机,在一天之内完成对4200多万个化合物的计算评价,相当于把包括现有药物、天然产物和人工合成有机化合物在内的地球上所有可用于药物研发的化合物都计算筛选一遍。这为人类应对暴发性恶性传染病的应急药物快速研发提供了强大的计算模拟保障。

  大规模暴发性急性传染病是人类大敌。由于常规药物研发平均须耗时十年以上,导致一些新出现病种,如SARS、MERS、埃博拉等,在暴发早期无药可用。如果能针对药物靶标进行超大规模的计算机虚拟药物筛选,不仅有可能从现有药物中迅速找出用于治疗新型急性传染病的药物,还能为新一代药物研究提供依据。

  迄今为止人类已知的化合物约有1.02亿个,其中适合于药物虚拟筛选的有机化合物有3500多万。考虑到不断涌现的新化合物,国防科技大学和中科院上海药物研究所在任务设计时多加了20%的冗余,希望新开发的药物虚拟筛选平台每天至少能完成4200万个化合物的计算评价。要完成如此巨大的计算模拟工作,只有依靠“天河二号”超级计算机和新一代的超高通量药物虚拟筛选平台。

  目前地球上总共有3500万药物化合物分子,单个对接任务的I/O量为20M,总任务包括3500万个文件,总量达到700TB,这就对超级计算机的I/O、通信、计算等能力提出了挑战。针对“天河二号”的大规模异构体系结构,充分利用和发挥CPU与MIC的超强计算能力和高速互联技术,成为加快我国药物发现与设计的关键所在。

  国防科技大学计算机学院研究员杨灿群、卢宇彤,副研究员彭绍亮,中科院上海药物所所长蒋华良,研究员朱维良等经一年多联合攻关,成功研发出一种面向大规模异构超级计算机的虚拟药物筛选软件平台——mD3DOCKxb。该平台包括一个全新的高效通信引擎,并采用多进程结合多线程的CPU/MIC大规模协同并行加速技术,对核心遗传算法进行深度加速,全面提高了对生物医药大数据的计算处理速度。

  截至记者发稿,研究人员已在“天河二号”上实现了19.2万个CPU核和136.8万个MIC核的协同并行,整体并行效率达84.9%。测试结果显示,该平台可在一天内完成至少4200万化合物对埃博拉病毒靶标蛋白的虚拟筛选,表明我国已经具备了应对突发性恶性传染病的超高通量药物虚拟筛选的能力。

《中国科学报》 (2015-08-20 第1版 要闻)
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