当药物研发遇上阿里云超算,GHDDI如何实现高通量分子筛选?

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2020年6月1日凌晨,武汉市卫健委发布通告称,5月31日,武汉市对6万余人进行了核酸检测,未发现无症状感染者。这是武汉市公布无症状感染者人数以来,首次无症状感染者当日新增为零,国内抗疫取得又一关键的阶段性成果。

然而,全球范围内的新冠疫情对社会经济活动带来的影响还在持续,寻找行之有效的治疗方案仍是全球科学家当下重要的任务。4月中旬接受央视记者白岩松采访时,比尔·盖茨曾特别提及:“GHDDI的研发团队将帮助世界更好地理解并对抗疫情。”这家创立于2016年的独立运营、非营利性质新药研发机构,再次以如此高调的方式进入公众视野。

GHDDI,全称全球健康药物研发中心(Global Health Drug Discovery Institute),由比尔及梅琳达·盖茨基金会、清华大学和北京市政府联合发起成立于中国北京。清华大学药学院院长、拜耳特聘教授丁胜教授担任中心主任。通过汇聚全球顶尖资源、发挥中国特色优势,GHDDI致力于建设引领性的生物医药研发能力和创新药物转化平台,攻克人类面临的重大疾病挑战,改善全球健康。

与GHDDI一同抗疫的,还有阿里云。1月29日,阿里云宣布对全球公共科研机构免费开放一切AI算力,以支持抗疫。在此之前,阿里云高性能计算平台就开始免费支持GHDDI研究新冠病毒。

早在新冠肺炎疫情爆发之初的2020年1月,GHDDI即宣布会同清华大学药学院向全球科研人员免费开放了包括高通量药物筛选平台和多个化合物库在内的内部研发平台和药研资源。随后,数以百计的海内外科研机构和研究团队基于GHDDI的开放资源进行针对新冠肺炎病毒的药物、疫苗开发。

药物筛选平台和内部药研资源开放的两天后,GHDDI人工智能研发团队就上线了针对新冠病毒研究的一站式科研数据与信息共享平台 “Targeting COVID-19”。据了解,“Targeting COVID-19”平台从设计到搭建完成,耗时仅4天。此外,GHDDI联合阿里云共同搭建新冠病毒人工智能全球共享云计算系统,用顶尖的数据库和高性能的超算资源助力全球抗疫的创新探索。

高通量:快速锁定新冠病毒潜在靶点

1月21日,全国已有13个省市相继出现新冠肺炎确诊病例,疫情加剧。同时,新冠病毒基因组序列公开发布。

在阿里云高性能计算负责人何万青的询问下,GHDDI人工智能部门负责人潘麓蓉博士比对了新冠病毒和SARS病毒的相似度。意识到这种病毒的潜在威胁,GHDDI决心投入资源帮助对抗新冠病毒。

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实际上,GHDDI在1月即模拟了几乎全部新冠病毒相关靶点的三维结构,并完成全面的同源性、传染性相关分析,快速锁定在后续药物开发、抗体设计中发挥关键作用的抗原靶点。确定关键靶点后,GHDDI公布前期研究数据供外部团队进行药物开发的同时,也开展了基于计算模型的虚拟药物分子筛选。

动脉网从GHDDI相关负责人处了解到,GHDDI药研团队聚焦“老药新用”思路,对现有超过9000种抗病毒活性小分子和内部ReFRAME化合物库(内含12000多种临床安全的化合物)进行构效关系和历史数据分析,筛选出几百个高概率具有抗击新冠病毒活性的小分子。至此,GHDDI始终秉持开源的态度,将科研数据和基于此间数据构建的各级抗原靶点表型分析模型对外发布,供全球科研群体开展后续的成药性相关研究。

新冠病毒疫情的背景下,资源和研究成果共享无疑能极大的加速研究者的进展,避免重复工作。

我们知道,药物研发是一个非常复杂和耗时的过程。在化合物发现阶段,传统方法是通过大量实验完成筛选,发现可能适合的化合物。以确定与蛋白病毒酶结合的小分子为例,由于存在数量巨大的不同商业化合物库,且每个库的化合物数以百万计,合计上亿,完全依靠实验方式一一测试几乎不可能实现。

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