Mô phỏng mới có thể giúp các nhà nghiên cứu phát triển các loại thuốc và vắc xin chống lại đại dịch Covid-19.

Mô phỏng toàn nguyên tử virus cúm (trái) và virus gây dịch Covid-19

Các nhà khoa học đang chuẩn bị một mô hình máy tính khổng lồ của virus SARS-CoV-2, với mong đợi sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách chủng virus mới lây nhiễm trong cơ thể người. Họ đã thực hiện những bước đầu tiên, thử nghiệm các phần đầu tiên của mô hình và tối ưu hóa bộ mã trên siêu máy tính Frontera trong Trung tâm Điện toán Nâng cao Texas (TACC) tại Đại học Texas ở Austin (Mỹ). Kiến thức thu được từ mô hình đầy đủ có thể sẽ giúp các nhà nghiên cứu trên thế giới phát triển thuốc và vắc xin mới chống lại virus, theo Science Daily.

Rommie Amaro, Giáo sư hóa học và hóa sinh tại Đại học California, San Diego (UCSD) ở Mỹ là người dẫn đầu nỗ lực xây dựng mô hình nguyên tử hoàn chỉnh đầu tiên cho vỏ bọc của virus gây dịch Covid-19. “Nếu chúng ta có một mô hình tốt về hình dáng vỏ bọc bên ngoài của virus nhìn như thế nào và cách nó hoạt động ra sao, chúng ta sẽ có cái nhìn sâu hơn về các thành phần khác nhau có liên quan đến nhận dạng phân tử”, Giáo sư Amaro nói.

Nhận dạng phân tử liên quan đến cách thức virus tương tác với thụ thể angiotensin chuyển đổi enzyme 2 (ACE2) và có thể nhắm đến các mục tiêu khác bên trong màng tế bào chủ. ACE2 là một enzyme gắn vào mặt ngoài của các tế bào trong phổi, động mạch, tim, thận và ruột.

Giáo sư Amaro dự đoán mô hình virus SARS-CoV-2 chứa khoảng 200 triệu nguyên tử, một con số đáng ngại vì sự tương tác của mỗi nguyên tử với nhau đều phải được tính toán. Nhóm của Giáo sư Amaro có quy trình tiếp cận theo mô hình lai (hybrid) hoặc tích hợp. “Chúng tôi đang cố gắng kết hợp dữ liệu ở các độ phân giải khác nhau thành một mô hình gắn kết có thể được mô phỏng trên các cơ sở cao cấp như siêu máy tính Frontera. Về cơ bản, chúng tôi bắt đầu với các thành phần riêng lẻ, trong đó các cấu trúc đã được phân giải ở độ phân giải nguyên tử hoặc gần nguyên tử. Chúng tôi cẩn thận đưa từng bộ phận này lên máy tính, chạy và tiến vào trạng thái ổn định. Sau đó, chúng tôi chúng tôi có thể đưa chúng vào mô phỏng lớp vỏ lớn hơn với các phân tử lân cận”, Giáo sư Amaro cho biết.

Trong hai ngày 12 và 13.3, phòng thí nghiệm của Giáo sư Amaro đã chạy mô phỏng động lực phân tử trên 4.000 giao điểm, hoặc khoảng 250.000 lõi xử lý trên Frontera, siêu máy tính trong danh sách 5 siêu máy tính hàng đầu thế giới và là siêu máy tính xếp hạng nhất về học thuật thep bảng xếp hạng tháng 11.2019 của tổ chức Top500. Ngoài ra, Frontera còn là hệ thống siêu máy tính hiệu năng cao cấp được Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) của chính phủ Mỹ hỗ trợ.

“Mô phỏng kích thước ở cấp độ khổng lồ chỉ có thể chạy trên một siêu máy tính như Frontera hoặc trên máy ở Bộ Năng lượng Mỹ. Chúng tôi đã liên lạc ngay với nhóm quản lý Frontera và họ đã rất tích cực hỗ trợ, cố gắng tối ưu hóa mã để các mô phỏng này có thể chạy hiệu quả nhất có thể”, Giáo sư Amaro cho hay.

Dự án hiện tại của Giáo sư Amaro đối với virus gây dịch Covid-19 dựa trên thành công của cô với mô phỏng toàn bộ nguyên tử vỏ bọc của virus gây bệnh cúm được công bố trên tạp chí khoa học ACS Central Science hồi tháng 2.2020. Giáo sư Amaro nói rằng dự án về virus gây cúm có một số điểm tương đồng đáng chú ý với những gì nhóm nghiên cứu của cô đang theo đuổi đối với virus SARS-CoV-2.