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

разрабатывающих орфанные препараты для педиатрического применения. Свой, полученный за вывод на рынок США в 2016 году этеплирсена, Sarepta продаст Gilead за 125 млн долларов.
Средняя оптовая цена за упаковку на закупаемые онкопрепараты в 2016 году в России составила 5,8 тыс. рублей, что на 7% выше цены 2015 года. Наиболее дорогостоящие препараты были закуплены для программ регионального и дополнительного льготного обеспечения.
В докладе ВОЗ и Имперского колледжа Лондона говорится, что в большинстве стран к 2030 году заметно вырастет прогнозируемая продолжительность жизни. Самые высокие показатели будут в Южной Корее, а в США – самые низкие.
AstraZeneca и входящая в ее состав исследовательская компания MedImmune представили данные по эффективности и безопасности дурвалумаба (durvalumab) в терапии местнораспространенного и метастатического урогенитального рака.
В России сохраняется высокая активность гриппа с тенденцией к ее снижению. По совокупному населению превышение недельных эпидемических порогов заболеваемости гриппом и ОРВИ зафиксировано в 22-х субъектах РФ.

Мероприятия

     2017
Пред. год | След. год →

Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
30 31 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 1 2 3 4 5


Подписка

Подписка

Реклама



Для смартфона

Читайте новости и статьи в своем смартфоне или планшете.