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加州大学圣地亚哥分校领导的研究赢得了戈登·贝尔特别奖

计算化学家Rommie Amaro和她的研究团队赢得了与Covid-19相关的研究的超级计算中最令人垂涎​​的奖项之一

今年计算机械协会(ACM)发布了戈登贝尔奖的特殊版本,最着名的奖项之一,以获得高性能计算的杰出成就之一。认识到Covid-19研究努力,Gordon Bell基于高性能计算的Covid-19研究特别奖是在11月19日SC20虚拟会议。加州大学圣地亚哥分校计算化学家和生物物理学家Rommie Amaro的团队,包括Amaro Lab.阿贡国家实验室(退火)和橡树岭国家实验室,赢了。

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SARS-COV-2的多尺度建模.SARS-CoV-2病毒包膜的全原子模型(3.05亿个原子),包括24个刺突蛋白。由加州大学圣地亚哥分校的洛伦佐·卡萨利诺、阿马罗实验室和研究小组成员提供。

由阿玛罗和ANL的计算生物学家Arvind Ramanathan领导的团队一直在探索SARS-CoV-2的刺突蛋白的运动,以了解它的行为和获取人体细胞的途径。现在,在这一史无前例的壮举中,该团队建立了一个基于人工智能(AI)的工作流,以更有效地模拟尖峰,他们将工作流扩大到峰会以获得对峰值机制的更深入的了解,并加速寻找可能有效缓解病毒的疗法或疫苗。

阿马罗说:“实验图片让我们对这些东西有了一个概念,但它们不能告诉我们整个故事。”“我们能做到这一点的唯一方法是通过模拟,现在我们正在推动分子模拟的能力,以我们在地球上的计算机架构的极限。这是人们能够做到的可能性的边缘。”

该团队首先优化了纳米级分子动力学(NAMD)和视觉分子动力学(VMD)代码,它们模拟了原子在时间和空间中的运动,在多个更小的集群系统上:德克萨斯高级计算中心的Frontera超级计算机,在德克萨斯高级计算中心的Comet系统圣地亚哥超级计算机中心,以及ThetaGPU超级计算机阿贡领导计算设施(ALCF)。优化准备在OLCF的峰会上运行他们的全尺度模拟。OLCF和ALCF是美国能源部(DOE)科学办公室分别位于能源部橡树岭和阿贡国家实验室的用户设施。

经过代码优化,该团队成功地将NAMD扩展到24,576个Summit的NVIDIA V100 gpu。团队的初始运行在峰会的结果导致发现的一个机制,病毒用来逃避检测以及特征峰值蛋白质和蛋白质之间的相互作用,病毒在人类细胞中利用获得进入——ACE2受体。

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化学和生物化学教授Rommie Amaro。照片由Rommie Amaro提供。

阿马罗说:“这是我们可以借鉴的第一个病毒生物系统,以推动科学发现。”“我们的计算方法让我们真正看到这种病毒的细节,这不仅有助于了解它的行为,也有助于了解它的弱点,无论是从疫苗开发的角度,还是从药物靶向的角度。”

由于一组计算产生了往往的200TB的数据,而且团队使用AI来识别模拟中的内在特征,并分解信息以帮助他们解释发生的事情。通过分层实验数据和模拟数据并将其与基于AI的方法相结合,研究人员能够以前所未有的细节捕获病毒及其机制。该团队还将NAMD代码集成到工作流程管道中,以完全自动化从模拟到AI的转换,以便在没有间隙的数据处理。

“我们从未想过我们可以在这种规模上使用我们的机器学习工具,”Ramanathan说。“使用基于AI的峰会方法已经帮助加速了真正了解这些复杂系统的运动的过程。”

这项研究得到了ExaScale计算项目的支持;DOE国家虚拟生物技术实验室,Coronavirus Cares法案提供的资金;和Covid-19 HPC联盟。

相关的出版物:洛伦佐卡萨尔诺,阿比盖尔多米默尔,Zied Gaieb,艾米利亚P. Barros,Terra Sztain,Surl-Hee Ahn,Anda Trifan,Alexander Brace,Anthony Bogetti,Heng Ma,Heng Ma,Hyungro Lee,Matteo Tulili,Syma Khalid,Lillian Chong,Carlos Simmerling,DavidJ. Hardy, Julio D. C. Maia, James C. Phillips, Thorsten Kurth, Abraham Stern, Lei Huang, John McCalpin, Mahidhar Tatineni, Tom Gibbs, John E. Stone, Shantenu Jha, Arvind Ramanathan, and Rommie E. Amaro. “AI-Driven Multiscale Simulations Illuminate Mechanisms of SARS-CoV-2 Spike Dynamics.” InSC20,虚拟事件的程序,11月16日至19日,2020年。


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