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Covid-19，這種前所未有的病原體能導致嚴重的呼吸症狀，包括呼吸困難和胸痛。
隨著它在全球範圍內不斷的蔓延，人們越來越意識到它的嚴重性。
該怎麼辦？
如今，科學家們正急於尋找能夠幫助患者早日康復的藥物。
為了助力藥物的搜尋，科學家們使用了世界上最強大的超級計算機，IBM（國際商業機器公司）建造的Summit超級計算機。
圖源：橡樹嶺國家實驗室
這臺超級計算機位於田納西州的美國能源部橡樹嶺國家實驗室（Oak RidgeNational Laboratory），有著兩個網球場大小的佔地面積，並且每秒可進行2億兆次計算——大約是普通筆記本電腦的一百萬倍。
上個月，研究人員用它篩選了8000種已知的藥物化合物庫，以找到對冠狀病毒最可能有效的藥物。這些化合物包括化學物質、草藥和天然產物，它們要麼已經在人類身上研究過，要麼已經被批准為藥物——而且重要的是，已被認為對人體是安全的。Summit在短短兩天內將數據集縮小到了77個。如果使用普通計算機，這個過程可能需要幾個月的時間。
田納西大學（University of Tennessee）的分子生物物理學專家傑里米·史密斯（Jeremy Smith）主持了這項模擬實驗，他告訴 OneZero公司：“這背後的邏輯是，如果這些化合物中的任何一種起作用，那麼獲批和推廣的時間應該比平常的藥物開發過程短得多。”他和同事在2月份將研究結果發佈到預印本服務器ChemRxiv上，並在運行更多計算時更新了論文。
如果任何一種化合物在動物上起作用，科學家們就可以跳過對人體的初次安全性試驗，直接在病人身上測試藥物的有效性。
眾所周知，開發藥物是一個漫長的過程——一種新藥從被發現到上市可能需要10年的時間，而許多新藥失敗的原因在於不安全或根本無效。這就是為什麼在全球爆發一種沒有已知治療方法的傳染病時，像Summit這樣的超級計算機特別有用。
為了進行模擬，史密斯使用了該病毒的基因組，而該基因組是由中國研究人員於今年一月份在網絡上公佈的。數據顯示，這種現在被稱為SARS-CoV-2的病毒，與引起嚴重急性呼吸綜合徵（SARS）的冠狀病毒相似，並以類似的方式感染人體。有了這些知識，研究人員為Summit設計了程序，以尋找一種非常特殊的化合物。
冠狀病毒得名於其表面的皇冠狀蛋白質，這種蛋白質能使病毒與人類細胞結合並感染人類細胞。研究人員利用Summit確定了能夠與這些刺突蛋白結合的藥物，以阻止病毒進入人體細胞。
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“我不確定這些化合物中的哪個會對此有效。也許數據庫中的化合物都不起作用，也許有幾個會起作用。”
使這個過程複雜的是，這些刺突會不斷做出許多微小的運動。研究人員必須要找出模擬這些運動的方式，以找到可以對其起作用的藥物。IBM exascale系統副總裁大衛·塔瑞克（David Turek）告訴OneZero（exascale計算是指每秒進行百億億次計算的能力）：“這是一個複雜的數學問題。”
使用機器學習算法，超級計算機可以很快完成目標。使用4，608個節點——相當於相同數量的筆記本電腦的計算能力——獲得一個問題，將其分割成若干部分，分配給所有單獨的節點或計算機，然後將所有部分重新組合起來，重新構建問題的解決方案。這個系統類似於蜂巢，有大約一百隻不同的雄蜂為一個共同的目標一起工作，但每隻雄蜂都有自己的任務。這種能力使研究人員能夠完成極其複雜的任務，例如藥物發現。
這個結果並不意味著研究小組已經找到了治療SARS-CoV-2的方法。他們鑑定出的77種化合物仍然需要在實驗室的動物和人體細胞中進行測試。田納西大學健康中心的病毒學家現在正在開始實驗，但要確定其中任何一種化合物是否對冠狀病毒有效可能需要數月的時間。也許這尚不足以及時幫助現存患者，但如果冠狀病毒的傳播持續到明年，或者成為一種地方性病毒，這意味著冠狀病毒會成為像流感病毒一樣經常出現的病原體，那麼一種有效的藥物的發現將是有必要的。
圖源：橡樹嶺國家實驗室
史密斯說：“我不知道化合物中是否有有效的。也許數據庫中的化合物都不起作用，也許幾個會起作用。”
在未來全新且無法治療的疾病的爆發中，史密斯認為這樣的藥物發現模擬試驗可以通過全球500臺左右的超級計算機進行協調，這樣科學家們就可以直接開始藥物測試。他說：“我們可以準備好科學工具，這樣就能儘快用正確的知識作出反應。”
希望在全球最強大超級計算機加入戰鬥後，疫情能取得一定的進展。
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