GPU加速软件助力疗法开发,帮助新冠病毒研究取得新突破

来源:英伟达NVIDIA企业解决方案 发布时间:2020-04-06 21:45:25 阅读量:150

目前,全球新型冠状病毒肺炎(COVID-19)确诊病例已超过8万例。

为了帮助开发治疗方法及疫苗,德克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)和美国国立卫生研究院(NIH)研究人员最近取得了一项重大突破 —— 绘制出了该病毒的首个3D原子尺寸结构图。研究人员在最新发表于《科学》杂志的一篇论文《处于融合前构象的新型冠状病毒刺突蛋白的低温电子显微镜结构》中指出:“ 新型冠状病毒利用高度糖基化的刺突蛋白进入宿主细胞。新型冠状病毒刺突糖蛋白是疫苗、治疗性抗体和诊断方法的关键目标。”


德州大学奥斯汀分校(UT Austin)副教授Jason McLellan是这项研究的负责人。多年来,他一直在研究其他冠状病毒,包括SARS和MERS。最近的一篇文章《疫苗设计新路线图中的冠状病毒研究突破》指出,此前的研究经验使他的团队在发现新病毒关键特征时具备了一定的优势。

此图为新型冠状病毒刺突蛋白的3D原子尺寸结构图或分子结构。这种蛋白质具有两种不同的形状,这被称为构象:一种是感染宿主细胞之前的形状,另一种是感染过程中的形状。该结构是感染细胞之前的蛋白质,被称为融合前构象。图片来源:Jason McLellan / Univ,德克萨斯州奥斯汀分校(Univ. of Texas at Austin)


为了获得这个全新的深层图像,研究人员采用了荣获诺贝尔奖的冷冻电镜(cryo-EM)技术对蛋白质结构进行成像。为此,科学家准备了许多病毒分子拷贝并将这些拷贝冷冻在一层薄冰中,然后将冰放在电子显微镜下成像,从而创建出超过10万张分子2D投影图像。研究小组随后使用GPU加速软件cryoSPARC解析整个分子的3D密度图像。

cryoSPARC由位于多伦多的初创企业Structura Biotechnology开发。该公司的创立源于多伦多大学的一项研究项目。 

该应用将CUDA和CUDA库与NVIDIA V100 GPU相结合,同时还使用了本地和云服务供应商所提供的NVIDIA T4 GPU。


McLellan和他的团队共花了12天的时间将原始样本转化成原子尺寸结构图。


该软件可以帮助学术研究人员和制药公司快速复原3D蛋白质结构,从而消除新药研发过程中的一些不明因素。该公司表示,他们的软件已被超过400家机构使用,包括加利福尼亚大学伯克利分校(University of California, Berkeley)、儿童医院(Hospital for Sick Children)以及其他大型结构生物学实验室。


研究人员解释说:“有了新型冠状病毒的结构后,应该就能迅速开发和评估治疗方案,解决正在持续发展的公共卫生危机。”

图中左边这位是分子生物科学副教授McLellan,右边这位是研究生Daniel Wrapp。他们在德克萨斯大学奥斯汀分校的McLellan实验室工作。来源:德克萨斯大学奥斯汀分校。


在接下来的工作中,McLellan计划使用该分子从感染了冠状病毒并成功康复的患者中分离出天然抗体。
研究人员在其文章中解释说:“如果这些抗体的数量足够多,那么就可以帮助治疗刚接触冠状病毒不久的感染者。”

*本文转载自英伟达NVIDIA企业解决方案

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