超级计算机绘制的模型图

技术员正在维护超级计算机

    7月19日，墨尔本圣文森特医药研究所的Michael Parker教授对外宣布，自己领导的一个课题小组正在利用超级计算机开发新型感冒药物。他表示有了超级计算机的帮助，他们可以更好地了解病毒的侵害过程。

    医药教授的超级计算机助手

    目前，Biota的新药已经进入了测试阶段。在研发过程中使用的超级计算机是两台IBM Blue Gene。这两台超级计算机不仅仅只是可以用来观察病毒本身及其它们复制、传播的过程，同时它也可以用于研究量子物理、金融市场的表现和气象建模。

    约翰·瓦格纳博士是IBM生命科学协同研究室主任，他说这台超级计算机是目前南半球最快的计算机，在全世界排名第31，它的计算速度是每秒836兆亿次，它还是世界上最节能的计算机。

    在今天的医药尤其是生物制药行业，越来越多的公司和研究小组意识到超级计算机的重要性，纷纷利用超级计算机模拟出病毒体的活动线路，以此选择最佳的治疗方案，甚至形成了一门独特的学科：计算药物开发（Computational drug discovery）。

    美国得克萨斯大学奥斯汀分校计算机科学教授、国家卫生研究院研究小组主席钱德拉吉特·巴加伊是这个领域的权威，早在上世纪80年代，他就在实验室里利用IBM和惠普公司的超级计算机 进行课题开发，取得了很大的成果。

    巴加伊认为，对于药物审核越来越严格和对成本转移的速度越来越快，是超级计算机进入制药领域的关键。在最近十年，全美各大制药公司投在药物开发阶段的成本和时间正在向市场开发阶段转移，每10亿美元的成本投入获得美国食品和药物管理局（FDA）药物批准的机会也越来越少，这表明人们需要更快、更廉价的方法。

    超级计算机的高效率

    要知道开发新药跟开发任何一种生活用品完全不同，它所耗费的时间和精力不亚于登月工程。举个例子，现在要开发一种治疗支气管炎的新药。那么，第一步就必须分析引起支气管炎的病毒、细菌或导致疾病的基因变异，这些病原体有什么特点，会有什么变异。

    接下来的流程就是描述分子结构特征，这是药物开发的重要部分。因为两个分子能否互补，也就是它们匹配在一起的适合程度，是一种药物能否有效的主要因素。这一步做得好的话，就能帮助人们理解、识别并测试它和病毒之间可能的连接位点。一旦目标分子的结构确定下来，还必须对各种可能的药物复合物进行测试，看其中有没有能匹配病毒结合位点的。

    第三步则是使用X光射线对病原体进行高频率投射，再用电子显微镜以接近自然的方式生成相关分子的纳米结构，获得的这种显微图像会有很多斑点，必须经过大量处理才能用。要得到一个分子结构的三维模型，大约要处理10万幅图像，再把它们结合起来才行。一般来说这样的操作要花费相当长的时间，如果病原体的分子结构相对复杂，甚至要花上几年时间来进行分子结构的分析和确定。

    但是超级计算机的应用，可以大大缩短整个过程。

    利用超级计算机可以首先建立一个病原体的三维模型，利用模型算法和图像重建，不仅能获得表面信息，还能获得它的内部信息。目前，他们能识别出分子的二级结构，如单个侧链，这是从分子中央主干上垂下来的关键分支，这要求能精确预测分子之间的化学键。

    他们曾于今年2月在《结构生物学杂志》上发表论文，证明了用他们的算法和单粒子超低温冷冻电子显微镜的数据信息，能重建精细的三维图像，以较粗分辨率和中等分辨率探测到蛋白质二级结构α-螺旋和β-折叠。

    第二个超级计算机的用武之地则是对药物分子的智能搜索。科学家们从谷歌搜索引擎的原理上得到启发，根据两个分子结合时所需的能量和生化动力学指标，按顺序生成标靶列表，如此一来，那些最有结合可能的化合物分子就显现了。他们把那些排在最高级的分子形象化地构建出来，分析筛选之后，再用模拟算法进一步改良。

    “以前用几个月时间处理的问题，现在只要几天就能完成。”巴加伊说。

    走在生物制药前沿的不仅有IBM这样的美国超级计算机开发商，还包括中国和日本。

    富士通及东京大学就宣布将在今年9月使用超级计算机“京”进行抗癌药物的研发，利用其强大的计算功能，进行分子结构分析以及从众多化学物质中筛选有效成分等，预计数据分析时间将缩短至半年到1年，是原来所用时间的十分之一，可大幅度压缩研发成本。