科学家如何利用世界上强大的计算机来帮助理解和阻断SARS-CoV-2的感染？

2020年6月18日 讯 /生物谷BIOON/ --在道格拉斯-亚当所著的《银河系漫游指南》中，傲慢的超级计算机“深思”为问及能否找到关于生命、宇宙和万物的终极问题的答案，他的回答是，能做到但非常棘手，当被问及多长时间时，他的回答是七百五十万年。现实生活中的超级计算机似乎也会被问到一些并不那么宽泛但却很棘手的问题，即如何应对COVID-19的大流行，其能被应用于疾病的多个方面，包括预测病毒的传播、优化接触者追踪、分配资源并为医生提供决策等。

图片来源：Thomas Splettstoesser scistyle.com, CC BY-ND

在COVID-19的超级计算机项目中，数量最多的就是涉及设计药物，其很可能需要几种有效的药物来治疗疾病，而超级计算机允许科学家们采用合理的方法来选择针对SARS-CoV-2的特殊蛋白；病毒的基因组编码这病毒感染人类并进行复制所需的特殊蛋白，其中就包含有重名昭著的刺突蛋白，其能穿透人体细胞的靶点，但也有一些病毒会利用宿主机体的酶类和分子机器，因此，寻找能结合这些蛋白并阻断其正常发挥作用的特殊药物或许是一种合乎逻辑的方法。

如今研究人员利用计算机来发现新型药物，他们建立了一种生物分子的三维虚拟模型，其类似于细胞和病毒所使用的蛋白质，同时还模拟了多种化合物如何与这些蛋白质相互作用，研究人员测试了数千种化合物来寻找能与目标蛋白质对接的化合物，而那些能与蛋白质相匹配的化合物或许就是潜在的治疗性方法。随后研究人员对排名靠前的候选药物进行测试来观察其是否真能与靶点相结合（在COVID-19的情况下），从而阻断病毒感染人体细胞，这种化合物首先在细胞中进行检测，随后是动物机体，最后则是人体试验；此前研究人员利用高性能计算机在寻找抗病毒药物上发挥着重要作用，比如20世纪90年代给AIDS患者带来革命性变化的抗HIV药物。

研究人员能利用超级计算机通过模拟目标结合位点所形成的不同形状，随后将化合物与每种形状进行对接，在过去几年里，科学家们发现了16个蛋白质靶点，而目前研究人员对每一个靶点都进行了相关验证；那么哪些化合物能进行COVID-19的测试呢？第一种方法就是测试已经存在的用于治疗其它适应症的药物，这些药物的好处就是，其相当安全，也就是所谓的药物重新定向，而且监管部门也能够很快批准。但药物重新再利用并不会以一种理性的方式进行，如今研究人员正在考虑的一种想法就是，或许针对一些病毒蛋白靶点的药物或许能发挥作用。而最好的方法就是检测重新再利用的化合物是否能结合预定的靶点，如今研究人员已经扩展到了大约10个SARS-CoV-2的靶点上，他们也在寻找能干扰病毒攻击人类细胞的潜在人类靶点，研究者所发现的顶级化合物目前正在实验室中进行检测来观察其是否能有效抵御病毒，其中有些化合物被发现是有活性的。

尽管有些研究人员担心未来超级计算机或会接管世界，但至少目前来讲，其还是人类的仆人，其仍然会按照人类的要求去做，对于如何计算哪种药物所产生的治疗效果最好，不同科学家有着不同的想法，比如有些人似乎更喜欢人工智能。目前研究人员希望能够配备全球最强大超级计算机来帮其寻找COVID-19的新型药物，当然了，后期他们还会继续深入研究寻找治疗COVID-19的其它策略。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】How to Discover Antiviral Drugs Quickly

【2】Anti-HIV Drug Development Through Computational Methods

【3】What is a supercomputer？

【4】Ensemble Docking in Drug Discovery

【5】Repurposing Therapeutics for COVID-19： Supercomputer-Based Docking to the SARS-CoV-2 Viral Spike Protein and Viral Spike Protein-Human ACE2 Interface

【6】COVID-19 Computational Drug Discovery Collaborative

【7】Scientists tap the world's most powerful computers in the race to understand and stop the coronavirus