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計(jì)算服務(wù)，探尋生物領(lǐng)域的“紅桃皇后理論”

發(fā)布時(shí)間: 2021-08-30


“在我們這得拼命奔跑，才能保持在原地。要是想要到別的地方，得再快一倍才行”。

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上文來自Lewis Carroll的文學(xué)作品《愛麗絲夢(mèng)游仙境》，講的是愛麗斯和紅桃皇后一同出發(fā)，但不久之后發(fā)現(xiàn)他們處在與先前一模一樣的起點(diǎn)上。

生物學(xué)家Leigh Van Valen在1973年也源于此提出了“紅桃皇后理論”。其本質(zhì)觀點(diǎn)可以理解為，生物系統(tǒng)在長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)平衡中實(shí)現(xiàn)演化創(chuàng)新。例如， 病毒不斷演化出更強(qiáng)的感染力，而宿主則不斷演化出更強(qiáng)的免疫能力，二者都在不斷演化創(chuàng)新，不斷形成新的平衡。

從結(jié)構(gòu)角度理解協(xié)同演化，計(jì)算需求加碼

COVID-19冠狀病毒疫情于2019年底爆發(fā)，并于2020年初席卷全球。而在這之前已有其它六種冠狀病毒感染少數(shù)宿主，包括人類和禽類其中4種已在人群中傳播。

在數(shù)十億年的演化過程中，病毒和宿主正是以紅桃皇后理論的方式相互作用而實(shí)現(xiàn)協(xié)同演化，其爆發(fā)還沒有確切的時(shí)間和地點(diǎn)，且病毒中間宿主尚未明確。

1630378575654143.jpegPhoto by Miguel á. Padri?án from Pexels

這種紅桃皇后理論方式的相互作用和協(xié)同演化給研究也帶來極大的挑戰(zhàn)，也推動(dòng)了從結(jié)構(gòu)角度理解協(xié)同演化新算法的開發(fā)，其中分析大量基因組數(shù)據(jù)、鑒定正選擇關(guān)鍵位點(diǎn)及動(dòng)力學(xué)模擬等都需要消耗大量算力。

曙光計(jì)算，探尋協(xié)同演化信號(hào)

研究病毒-宿主相互作用基因中的協(xié)調(diào)演化信號(hào)，對(duì)于理解其演化歷史、尋找中間宿主和預(yù)防冠狀病毒的爆發(fā)具有重要研究意義。近日，基于曙光提供的計(jì)算支撐，基因組學(xué)中心團(tuán)隊(duì)將利用分子動(dòng)力學(xué)模擬分析預(yù)測(cè)新冠病毒不同株系對(duì)不同人類群體的感染能力。

根據(jù)紅桃皇后理論，該團(tuán)隊(duì)提出了一種新方法來探索病毒與宿主間的協(xié)調(diào)進(jìn)化。通過分析病毒-宿主相互作用基因中的正選擇位點(diǎn)，利用可信度較高的一種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)建模方法——同源建模，對(duì)病毒S蛋白受體結(jié)合域（RBD）-宿主ACE2復(fù)合物進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬以預(yù)測(cè)其結(jié)合能，探索其結(jié)合的方式與緊密程度。

簡(jiǎn)單來說，這個(gè)思路為研究病毒和宿主之間的協(xié)同演化、探索病毒的潛在中間宿主提供了一條可行的途徑。

計(jì)算與生命科學(xué)領(lǐng)域研究共同成長(zhǎng)

在生命科學(xué)領(lǐng)域，蛋白質(zhì)分析、基因測(cè)序、分子動(dòng)力學(xué)、輔助藥物設(shè)計(jì)、醫(yī)療影像等，均對(duì)計(jì)算有著龐大需求。而這些需求也推動(dòng)了計(jì)算行業(yè)、服務(wù)模式的不斷成熟。

7月，中科曙光推出算力基礎(chǔ)設(shè)施和公共計(jì)算服務(wù)平臺(tái)——計(jì)算服務(wù)。通過鏈接遍布全國(guó)的數(shù)據(jù)中心算力資源，實(shí)現(xiàn)算力互通互聯(lián)，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，按需按量為用戶提供計(jì)算、應(yīng)用、數(shù)據(jù)、調(diào)優(yōu)、咨詢、運(yùn)營(yíng)、運(yùn)維等的一站式服務(wù)。為生命科學(xué)等對(duì)計(jì)算有著龐大需求的領(lǐng)域，提供像“自來水”一樣即開即用的海量算力。

曙光計(jì)算服務(wù)可提供多核計(jì)算節(jié)點(diǎn)，保障單核多線程程序快速運(yùn)行；SSD 存儲(chǔ)資源，保障高 IOPS 程序穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)可為生信企業(yè)提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)，也可提供API整合到企業(yè)自有平臺(tái)。



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