Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Суперкомпьютер в МФТИ еще быстрее будет решать суперзадачи для биомедицины

Теперь, благодаря возросшей в два раза производительности суперкомпьютера, российские ученые смогут проводить более масштабные исследования.

Группа компаний РСК объявила о двукратном увеличении производительности энергоэффективного суперкомпьютера, разработанного ее специалистами для решения сложных научных задач в Лаборатории суперкомпьютерных технологий для биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур I-SCALARE (Intel super computer applications laboratory for advanced research) при Московском физико-техническом институте.

Лаборатория была создана на базе МФТИ в рамках гранта Правительства России в 2010 г по инициативе доктора технических наук Владимира Пентковского, известного разработчик программно-аппаратных архитектур.

Теперь, благодаря возросшей в два раза до 83,14 TFLOPS (триллионов операций в секунду над числами плавающей запятой) пиковой производительности суперкомпьютера, российские ученые смогут проводить более масштабные исследования,  достичь очередных успехов в моделировании поведения вирусов и в создании в будущем новых лекарств для борьбы со многими опасными заболеваниями.  

Обновленный суперкомпьютер в МФТИ будет введен в строй в этом году. Модернизированный кластер будет состоять из двух вычислительных стоек, содержащих в сумме 224 вычислительных узла на базе двух процессоров нового поколения Intel® Xeon® E5-2690 каждый (всего 448 процессоров, 3584 ядра). Использование самых высокопроизводительных моделей процессоров нового серверного семейства Intel® Xeon® E5-2600 стало возможным благодаря применению передового жидкостного охлаждения, являющего основой архитектуры «РСК Торнадо». При этом обеспечивается поддержка большого объема оперативной памяти на один узел – 64 ГБ, что суммарно составляет 14,3 ТБ ОЗУ для всей системы.

Биоинформатика и моделирование лекарственных препаратов являются одними из самых быстрорастущих областей знаний, где существует острая необходимость использования высокопроизводительных вычислений на суперкомпьютерах.

Актуальность исследований, проводимых на базе лаборатории I-SCALARE, состоит в том, что прорывы в сфере новых методов медицинской диагностики, лечения, создания новых лекарств и т.д. возможны только с развитием новых вычислительных моделей и платформ, учитывающих специфику био-медико-фармацевтических задач.

За время использования суперкомпьютера в лаборатории I-SCALARE уже достигнут целый ряд новых научных результатов.

Исследовательская группа под руководством профессора Романа Ефремова при Институте биоорганической химии РАН использует вычислительный кластер в МФТИ для исследования в области конструирования нового класса антимикробных соединений на основе природных лантибиотиков. В ходе развития данного проекта, проведения расчетов и моделирования получены микросекундные траектории молекулярной динамики (МД) мишени действия антибиотиков (молекулы липида-II) в мембране бактерий. Использование обновленного суперкомпьютера лаборатории I-SCALARE позволяет получать траектории такой длительности для систем, содержащих свыше 50 тыс. атомов, примерно за неделю. Для сравнения, на вычислительном кластере на базе процессоров предыдущего поколения Intel® Xeon® E5450, активно используемом в настоящее время в ИБХ РАН, подобный расчет занимал бы примерно 100 дней. Анализ полученных траекторий МД позволил установить характерные особенности строения бактериальной мембраны. На модернизированном суперкомпьютере лаборатории I-SCALARE в этом году будет проведено более детальное моделирование  взаимодействия лантибиотиков с липидом-II в мембране. В перспективе такие исследования могут привести к созданию нового класса антибиотиков, не подверженных появлению резистентности у бактерий.

Задачи моделирования структуры белковой оболочки и молекулярной динамики опасных для человека вирусов типа Flavivirus (например, вируса лихорадки Денге) и процессов их взаимодействия с клетками организма решаются на суперкомпьютере лаборатории I-SCALARE учеными исследовательской группы химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством академика Н.С. Зефирова. По словам ведущего научного сотрудника Владимира Палюлина,  в ходе проведенных исследований построены молекулярные модели мембраны вириона и фрагмента белковой оболочки, включающие миллионы атомов. Это позволило получить информацию о пространственном строении вирусного белка, недоступную экспериментальными методами, а затем проанализировать его динамическое поведение и связывание с ним молекул, препятствующих слиянию флавивирусов с клетками человека. На основе таких моделей осуществлён компьютерный поиск потенциальных ингибиторов слияния вируса клещевого энцефалита и идентифицированы перспективные соединения, проявившие необходимую активность в тестах in vitro.

В рамках работ по дизайну новых нейропротекторных веществ построены модели полной структуры NMDA-рецептора, с помощью суперкомпьютера проводится моделирование его молекулярной динамики в фосфолипидной мембране с водным окружением, а также взаимодействия с известными нейропротекторами (система включает сотни тысяч атомов). Изучены закономерности связи их структуры с активностью, предложен возможный механизм действия модуляторов рецептора и на этой основе ведется поиск новых перспективных структур с нейропротекторной активностью. Такие структуры могут послужить основой для создания в будущем препаратов для лечения тяжелых нейродегенеративных заболеваний, в частности болезни Альцгеймера.

Автор: По материалам группы компаний РСК

Источник: www.nkj.ru