Новости медицины портала Remedium.ru - самая актуальная информация о рынке лекарств и медицинского обеспечения
Главная / Новости медицины и фармации

17.12.2012 16:31

Подведены итоги работы лаборатории суперкомпьютерных технологий МФТИ

13 декабря состоялась пресс-конференция, на которой Intel и Московский физико-технический институт (МФТИ) подвели итоги работы лаборатории суперкомпьютерных технологий для биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур I-SCALARE (Intel super computer applications laboratory for advanced research) за три года.

Лаборатория создана на базе МФТИ в 2010 году в рамках гранта Министерства образования и науки РФ  при участии сотрудников института и корпорации Intel. Руководство лабораторией осуществляет д.т.н. Владимир Пентковский, известный разработчик программно-аппаратных архитектур, заслуженный исследователь Intel.

Основным направлением деятельности лаборатории является разработка проблемно-ориентированных архитектур вычислительных систем для задач биомедицины, фармакологии и малоразмерных структур. В качестве «целевых» были выбраны несколько прикладных вычислительных задач, связанных с моделированием вирусов, клеточных мембран, а также взаимодействия белков и внешних полей с клеточными мембранами. Все они, с одной стороны, имеют большую практическую ценность, а с другой – не могут быть решены на имеющихся вычислительных ресурсах и требуют новых подходов к архитектуре кластеров.

Для проведения широкого спектра исследований в рамках деятельности лаборатории используется инновационный и энергоэффективный суперкомпьютер на базе высокопроизводительных серверных процессоров Intel® Xeon® E5-2690, разработанный и установенный специалистами группы компаний РСК. Использование  старших моделей процессоров семейства Intel® Xeon® E5-2600 стало возможным благодаря применению передовой технологии жидкостного охлаждения, лежащей в основе архитектуры «РСК Торнадо».

Пиковая производительность суперкомпьютера на данный момент составляет 83,14 TFLOPS при занимаемой площади менее чем 4 кв.м. Кластер состоит из двух вычислительных стоек, содержащих в сумме 224 вычислительных узла на базе серверных плат Intel® S2600JF и двух процессоров Intel® Xeon® E5-2690 в каждом (всего 448 процессоров, 3584 ядра). При этом обеспечивается поддержка большого объема оперативной памяти на один узел – 64 ГБ, что суммарно составляет 14,3 ТБ ОЗУ для всей системы. Коммуникационная сеть построена на базе высокоскоростного интерфейса Infiniband QDR.

Расширение вычислительного кластера проводилось в три этапа, причем на каждом из них архитектура вычислительной системы создавалась собственной группой лаборатории, отвечающей за разработку программных и аналитических моделей будущих вычислительных комплексов с последующим изучением их производительности на приложениях, решающих задачи молекулярной динамики. На текущий момент специалисты лаборатории успешно проводят моделирование систем, в 10 раз  превышающих мощность установленного кластера, т.е. имеющие производительность до 830 TFLOPS, используя инструментарий Wind River Simics*, Intel VTune Amplifier, а также технологии, разработанные в лаборатории.

Тестирование эффективности и производительности будущих вычислительных комплексов проводилось на приложениях, решающих био-медико-фармацевтические задачи.  Биоинформатика и моделирование лекарственных препаратов – быстрорастущие области знаний, требующие использования высокопроизводительных вычислений. Понимание того, насколько эффективно будут исполняться программы на оборудовании, подчас еще только запланированном к эксплуатации, позволяет предвидеть и заранее устранить проблемы производительности, добиться наилучшей отдачи от дорогостоящей вычислительной системы.

Непрерывная адаптация архитектуры кластера к особенностям задач молекулярной динамики и биохимии, позволила российским ученым, использующим суперкомпьютер в исследовательских целях, добиться новых, уникальных результатов в данных направлениях.

Так, группа под руководством профессора Романа Ефремова из Института биоорганической химии РАН использует вычислительный кластер в МФТИ для исследований структуры и динамики белок-мембранных систем и конструирования нового класса антимикробных соединений на основе природных лантибиотиков (исполнители А. Чугунов, Д. Нольде, Д. Пыркова, А. Полянский). В ходе развития данного проекта, проведения расчетов и моделирования получены микросекундные траектории молекулярной динамики (МД) мишени действия антибиотиков - молекулы липида-II - в мембране бактерий. Модернизация суперкомпьютера позволила проводить более масштабные вычислительные эксперименты, увеличив размеры систем в 10 раз, а длительность траекторий молекулярной динамики - в 20 раз.

Учеными было проведено детальное моделирование  взаимодействия лантибиотиков с липидом-II в мембране и впервые установлено, что молекула-мишень (липид-II) создает в мембране бактерий специфический паттерн, эффективно распознаваемый спроектированными «ловушками» - потенциальными антибиотиками. В результате таких исследований была предложена атомистическая модель связывания «ловушка-мишень» - основа дальнейшего рационального дизайна новых антибиотиков. Данных результатов удалось добиться, осуществив анализ больших (до 2,2x105 атомов) систем на длительных (до 1 мкс) траекториях молекулярной динамики.

Благодаря значительным вычислительным возможностям кластера лаборатории I-SCALARE группе, возглавляемой академиком Николаем Зефировым и доцентом, к.т.н. Владимиром Палюлиным, удалось выполнить пионерские работы в двух областях - моделирование оболочки флавивирусов (исполнители Д. Осолодкин, Е. Дуева) и молекулярная динамика важнейшего нейрорецептора NMDA (Е. Радченко, Д. Карлов).

Идея подпроекта по моделированию оболочки флавивирусов заключается в применении метода молекулярной динамики к системам, содержащим десятки миллионов атомов. Флавивирусы — это оболочечные вирусы, вызывающие такие заболевания, как клещевой энцефалит и лихорадки Западного Нила и Денге. Процесс проникновения флавивирусов в клетку человека сопряжен со значительной структурной перестройкой белков оболочки; одной из задач лаборатории является моделирование этого процесса в полноатомном масштабе.

Моделирование систем такого размера с использованием современных вычислительных средств пока является крайне обременительным, но вычислители следующего поколения должны быть способны адекватно работать с ними. К настоящему времени на суперкомпьютере лаборатории I-SCALARE выполнено моделирование молекулярной динамики мембраны вирусной частицы, состоящей из 1,5 млн. атомов. На основе моделирования белков оболочки вируса предложены вещества, обладающие противовирусной активностью по отношению к вирусу клещевого энцефалита (биологические испытания проведены в ФГБУ «Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М. П. Чумакова» РАМН).

Моделирование молекулярной динамики рецептора NMDA является основой для компьютерного конструирования химических соединений, которые позволяют управлять его работой и могут использоваться для лечения болезней Альцгеймера, Паркинсона и других нейродегенеративных возрастных заболеваний.

Вычислительная сложность этой задачи связана с необходимостью моделирования эволюции сложной надмолекулярной системы (рецептор в липидной мембране с водным окружением, всего более 360 тысяч атомов) на протяжении достаточно длительного времени. Благодаря возможностям суперкомпьютера лаборатории I-SCALARE было выполнено моделирование поведения рецептора в различных условиях, изучен механизм действия его модуляторов и предложен ряд перспективных веществ для биологических испытаний.

Стоит отметить, что лаборатория I-SCALARE осуществляет не только научную, но и учебную деятельность. Ее сотрудниками был разработан учебный курс по использованию симуляторов для моделирования различных вычислительных систем. Кроме того, в лаборатории регулярно проводятся научные семинары, а Владимир Пентковский стал научным руководителем нескольких аспирантов и студентов МФТИ.


Новости медицины и фармации от Ремедиум


Ключевые слова: лаборатория суперкомпьютерных технологий, МФТИ


Последние новости

Результаты математического моделирования показали, что если не принять необходимых мер, то в течение следующих пяти лет может произойти дополнительно 135 тыс. летальных исходов и 105 тыс. новых случаев инфицирования, тогда как стоимость лечения ВИЧ возрастет на 650 долларов.
Бродалумаб является ингибитором интерлейкина-17 (IL-17), играющего центральную роль в развитии заболевания и клиническом проявлении псориаза. Это первое лекарственное средство против псориаза, специфичное к интерлейкину-17.
FDA присвоила орфанный статус препарату для лечения миелоидного лейкоза, разрабатываемому компанией «Фьюжн Фарма». Это первый, полностью разработанный в России препарат, получивший подобный статус в США, говорится в материале, поступившем в редакцию Remedium.
Лидером по росту объемов импорт оказалась Ирландия - за год поставки из этой страны выросли почти в 400 раз, при этом основной объем приходится на пневмококковые моновалентные полисахаридные конъюгаты.
Потенциальный картель является одним из крупнейших по масштабам. Сумма начальных максимальных цен контрактов составила более 2,5 млрд рублей.

Мероприятия

     2017
Пред. год | След. год →

Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
26 27 28 29 30 1 2
3 4 5 6 7 8 9
10 11 12 13 14 15 16
17 18 19 20 21 22 23
24 25 26 27 28 29 30
31 1 2 3 4 5 6


Подписка

Реклама



Для смартфона