在“天河二號(hào)”的輔助下，科學(xué)團(tuán)隊(duì)篩選出的某藥物與冠狀病毒蛋白的模擬結(jié)合模型。
平安是對(duì)社會(huì)最大的貢獻(xiàn)
為打贏疫情防控人民戰(zhàn)爭(zhēng)、總體戰(zhàn)、阻擊戰(zhàn)提供強(qiáng)大科技支撐
2020年新年開局，一場(chǎng)突如其來的新冠肺炎疫情席卷全國，給人民生命安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。在這場(chǎng)不能輸?shù)膽?zhàn)爭(zhēng)中，廣州科技力量精銳盡出。在國家超級(jí)計(jì)算廣州中心，“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)，以每秒最高十億億次的超強(qiáng)算力，助力篩選出能抑制病毒的小分子藥物，搭建“15秒斷診”的新冠肺炎CT影像智能診斷平臺(tái)，建立新冠肺炎病患時(shí)空軌跡數(shù)據(jù)庫……以大國重器之力，與時(shí)間賽跑，與死神戰(zhàn)斗。
重器之下還有人。大年初九，廣州智睿醫(yī)藥科技有限公司首席執(zhí)行官謝偉東博士搭上一班空蕩蕩的飛機(jī)，從加拿大返回廣州。彼時(shí)，智睿醫(yī)藥已通過“天河二號(hào)”從數(shù)千種上市藥物中篩選出30余種潛在藥物。但戰(zhàn)斗沒結(jié)束，他還要借助超算與人工智能算法的力量，從上億種化合物中繼續(xù)尋找對(duì)新冠病毒有特效的“克星”。
“人類同疾病較量最有力的武器就是科學(xué)技術(shù)。”廣州超算，已全面融入防控疫情的主戰(zhàn)場(chǎng)，彰顯國之重器的力量與擔(dān)當(dāng)。
文、圖/廣州日?qǐng)?bào)全媒體記者方晴 通訊員莫倩
找藥：兩三天選出30種潛在藥物
年廿八，在登上去加拿大的飛機(jī)前，謝偉東從長期合作伙伴廣州呼吸疾病研究所處聽說了新冠病毒所引發(fā)肺炎疫情的嚴(yán)重性。從事多年分子生物學(xué)研究和藥物篩選研發(fā)的他馬上意識(shí)到，對(duì)沒有特效藥的未知病毒，“老藥新用”是最快也最安全的。篩選出有效的“老藥”，正是他的強(qiáng)項(xiàng)!
作為一家把人工智能應(yīng)用于新藥挖掘的企業(yè)，智睿醫(yī)藥自主研發(fā)了一套深度學(xué)習(xí)算法系統(tǒng)，過去一年半以來，該公司一直借助廣州超算中心的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)開展化合物篩選、藥物挖掘。
謝偉東告訴記者，用算法篩查藥物的原理是，針對(duì)病毒結(jié)構(gòu)的特定靶點(diǎn)，把藥物化合物結(jié)構(gòu)輸入到系統(tǒng)中，跟靶點(diǎn)進(jìn)行對(duì)接，通過多個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)其對(duì)接的情況，結(jié)合越好，代表藥物化合物效果更好。
為什么要用到超算?“因?yàn)榈鞍拙w是一個(gè)很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，要用虛擬小分子找它的活性位，甚至需要幾百萬次的嘗試。”以普通計(jì)算機(jī)的算力，從所有上市藥物中篩選出有效的藥物，需要2至3個(gè)月。而以“天河二號(hào)”的算力，只需要兩三天。“在這個(gè)過程中，超算、大數(shù)據(jù)、人工智能，缺一不可。”
大年初二(1月26日)，上海科技大學(xué)饒子和/楊海濤課題組公布了測(cè)量的2019-nCoV冠狀病毒3CL水解酶(Mpro)的高分率晶體結(jié)構(gòu)。
同日，智睿醫(yī)藥研究團(tuán)隊(duì)馬上聯(lián)動(dòng)廣州超算中心科研團(tuán)隊(duì)，啟動(dòng)了基于“星光超算應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)”上自主研發(fā)的集合傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)、高通量計(jì)算、以及最新AI方法的藥物篩選軟件平臺(tái)，在“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)上重點(diǎn)針對(duì)已上市藥物進(jìn)行了藥物虛擬篩選。
兩三天時(shí)間，便迅速定位了30余種可能起作用的潛在藥物，包括六種此前未見報(bào)道的藥物。團(tuán)隊(duì)把這些結(jié)果全部公布在網(wǎng)上，供科研機(jī)構(gòu)無償使用。
為了方便其他科研團(tuán)隊(duì)的后續(xù)研究，謝偉東還立即聯(lián)系全球多地藥物供應(yīng)商，花了2周時(shí)間，完成所有潛在藥物化合物的采購，免費(fèi)提供給下一個(gè)團(tuán)隊(duì)開展病毒抑制試驗(yàn)。目前藥效正在進(jìn)一步驗(yàn)證中。
“疫情暴發(fā)后，我相信全世界的科學(xué)家們，都在為治療新冠肺炎做著三件事：新藥研發(fā)、老藥新用、研制疫苗。這是身為科學(xué)家的責(zé)任。”謝偉東說，“我大年初九從加拿大回來時(shí)，所有人都叫我不要回來，飛機(jī)幾乎是空的。但我一定要回來，這是一場(chǎng)戰(zhàn)斗，我們責(zé)無旁貸。”
制藥：目前已篩選出一批化合物
但特效藥還沒有誕生，戰(zhàn)斗還沒有結(jié)束。謝偉東告訴記者，智睿醫(yī)藥正依托集合了近一億個(gè)化合物的3D結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，通過“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)開展化合物的挖掘。目前已篩選出一批化合物，完成采購后將聯(lián)合P3實(shí)驗(yàn)室開展病毒抑制實(shí)驗(yàn)。但新藥研發(fā)并不容易，它需要嚴(yán)格、復(fù)雜的步驟和大量的投入，最快也需要2到3年時(shí)間。
“所幸，人類現(xiàn)在有超算、人工智能、大數(shù)據(jù)這些科技力量，縮短了新藥研發(fā)的時(shí)間。”謝偉東說，“我是廣州人，也是中大人。我很自豪，在廣州、在中大，有‘天河二號(hào)’這樣的超級(jí)計(jì)算機(jī)。在這場(chǎng)戰(zhàn)‘疫’中，它是科學(xué)家手中強(qiáng)大的武器。”
分析：定點(diǎn)醫(yī)院療效數(shù)據(jù)在線分析
對(duì)疫情的防控也離不開大數(shù)據(jù)的測(cè)算與助力。當(dāng)前，廣州超算正在助力全國戰(zhàn)“疫”。
昨日，超算中心負(fù)責(zé)人向記者介紹，通過與國家衛(wèi)健委及其所屬機(jī)構(gòu)的合作，超算中心部署了國務(wù)院醫(yī)療救助組新冠肺炎病例醫(yī)療質(zhì)控系統(tǒng)。“我們利用已有健康醫(yī)療平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)，緊急研發(fā)部署了基于超算的抗新冠病毒疫情信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)醫(yī)院全部病例數(shù)據(jù)和臨床藥物療效數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與在線分析，實(shí)現(xiàn)抗疫醫(yī)療質(zhì)量控制與分析。”
在阻斷疫情擴(kuò)散方面，廣州超算中心也發(fā)揮了重要作用。該負(fù)責(zé)人介紹，從大年三十開始，廣州超算中心的科研團(tuán)隊(duì)就參與啟動(dòng)了“疫情蹤”軟件的研發(fā)工作。這個(gè)軟件基于已確診的病患，利用傳統(tǒng)流行病調(diào)查與大數(shù)據(jù)追蹤分析等手段，結(jié)合地理信息技術(shù)，構(gòu)建了新冠病毒肺炎病患時(shí)空軌跡數(shù)據(jù)庫。
“軟件可以每5-10分鐘采集一次用戶的軌跡數(shù)據(jù)，并反饋到廣州超算中心，通過中心強(qiáng)大的計(jì)算后臺(tái)，定期將用戶數(shù)據(jù)和已確診病患的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空匹配度對(duì)比，這樣，就可以實(shí)時(shí)評(píng)估、反饋用戶的感染風(fēng)險(xiǎn)，并且提醒用戶進(jìn)行自我隔離或主動(dòng)就醫(yī)，從而幫助阻斷病毒傳染。”
診斷：標(biāo)注可疑區(qū)域輔助精確診斷
記者了解到，除助力藥物篩選、研制戰(zhàn)“疫”“彈藥”，超算中心還和中山大學(xué)附屬醫(yī)院合作，緊急開發(fā)了一套新冠病毒肺炎CT影像智能診斷平臺(tái)。
之所以是緊急研發(fā)，是因?yàn)檫@個(gè)平臺(tái)是拿來“救急的”。超算中心負(fù)責(zé)人昨日告訴記者，在疫情暴發(fā)的初期，全國疑似病例迅速增加，湖北省的情況尤其嚴(yán)重。“但一位專業(yè)醫(yī)生在一天內(nèi)只能診斷70多個(gè)病人，在疫情重災(zāi)區(qū)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。”
因此，在拿到第一手新型冠狀病毒肺炎CT影像數(shù)據(jù)后，廣州超算中心緊急組織了醫(yī)學(xué)圖像智能診斷小組，與中山大學(xué)附屬醫(yī)院的專業(yè)醫(yī)生合作，僅用一天的時(shí)間就開發(fā)出了初步診斷模型，并部署到超算平臺(tái)上進(jìn)行模型調(diào)優(yōu)和測(cè)試優(yōu)化，成功搭建了基于超算的新型冠狀病毒肺炎CT影像智能診斷平臺(tái)。
據(jù)悉，這個(gè)平臺(tái)能夠在高檢測(cè)精度下，平均15秒完成一個(gè)病人的CT圖像診斷。醫(yī)生僅需將病人的CT圖像批量打包上傳到平臺(tái)上，即可在短時(shí)間內(nèi)得到全部影像的智能診斷結(jié)果，平臺(tái)還會(huì)將CT圖像中的可疑區(qū)域標(biāo)注出，輔助醫(yī)生進(jìn)行精確診斷。
“天河二號(hào)”： 疫情發(fā)生前 就是醫(yī)療“老手”
在這場(chǎng)戰(zhàn)“疫”中，廣州超算為什么深受信賴?是實(shí)力。據(jù)悉，廣州超算中心的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)拿下了全球超算五百強(qiáng)的六連冠。在廣東省、廣州市政府的支持下，廣州超算已經(jīng)成為全球應(yīng)用領(lǐng)域最廣、用戶數(shù)量最多的超算中心之一，在全球超算Dominant Sites排名上位列第五，是我國唯一進(jìn)入這個(gè)排名前十的超算中心。
該負(fù)責(zé)人告訴記者，生物醫(yī)藥、健康醫(yī)療領(lǐng)域是廣州超算中心一直以來重點(diǎn)發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域，中心在這一領(lǐng)域投入了大量的資源、人才團(tuán)隊(duì)開展應(yīng)用研究和用戶合作，取得顯著應(yīng)用成效。
“比如，我們與國家衛(wèi)健委下屬的標(biāo)普醫(yī)學(xué)中心是長期合作單位。在疫情暴發(fā)前，我們已經(jīng)有了優(yōu)秀的應(yīng)用基礎(chǔ)、完善可靠的硬件基礎(chǔ)和軟件環(huán)境、業(yè)務(wù)熟練的人才團(tuán)隊(duì)，可以迅速開展疫情防控的相關(guān)工作，在短時(shí)間內(nèi)就取得比較好的成果。”
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