Platforma GPUGRID z akceleratorami Nvidia przyczyniła się do walki z AIDS

Bioinformatykom z hiszpańskiego instytutu IMIM (Institut Hospital del Mar d'Investigacions Mèdiques) i UPF (Uniwersystet Pompeu Fabrs) udało się odtworzyć mechanizm przekształcania nowo utworzonych, niegroźnych cząsteczek w zaraźliwe wirusy, który jest niezbędnym elementem procesu reprodukcji HIV. W badaniach wykorzystano „wirtualny superkomputer” - platformę obliczeń rozproszonych GPUGRID w skład której wchodziły procesory graficzne Nvidia.

Pojedyncze cząstki wirusowe (wiriony) HIV dojrzewają i stają się zaraźliwe wskutek działania konkretnej proteiny, nazywanej proteazą HIV. Opisywana proteina funkcjonuje jak nożyczki, tnąc długi łańcuch protein wirusa HIV na mniejsze elementy, które stanowią strukturę nowych, zaraźliwych cząstek wirusowych. W opinii naukowców biofizyki z grupy obliczeniowej instytutu IMIM-UPF „Jednym z najbardziej interesujących elementów procesu dojrzewania wirusa HIV jest mechanizm tworzenia pierwszej swobodnej proteazy HIV („nożyczek"), ponieważ jest ona również częścią długiego łańcucha wieloproteinowego używanego do tworzenia wirionów HIV”.

Używając oprogramowania ACEMD do symulacji molekularnej i technologii o nazwie GPUGRID, grupa naukowców pod przewodnictwem Gianni De Fabritiisa udowodniła, że pierwsze „proteiny nożyczek” samodzielnie uwalniają się ze środka łańcuchów wieloproteinowych. W tym celu proteiny wiążą jeden z końców (N-terminal) z własnym aktywnym obszarem, a następnie odcinają wiązanie chemiczne łączące je z resztą łańcucha. Jest to pierwszy krok w procesie dojrzewania wirusa HIV. Zatrzymanie rozwoju proteazy HIV podczas procesu dojrzewania poskutkowałoby wstrzymaniem procesu tworzenia zaraźliwych wirionów.

Projekt udało się zrealizować dzięki otwartej platformie obliczeń rozproszonych GPUGRID, w której użytkownicy komputerów domowych udostępniają moc obliczeniową swoich akceleratorów graficznych Nvidia – oferujących znacznie większą wydajność od tradycyjnych procesorów centralnych. Platformę tą można więc nazwać wirtualnym superkomputerem, bowiem umożliwia ona połączenie tysięcy takich akceleratorów i uzyskanie bardzo wysokiej mocy obliczeniowej. Ponadto konstrukcje te zmniejszają koszt prowadzenia badań, ponieważ zapewniają moc, która dotychczas była dostępna wyłącznie dla użytkowników tradycyjnych superkomputerów kosztujących miliony dolarów.

Według naukowców, nowe odkrycie dotyczące procesu dojrzewania wirusa HIV otwiera nowe możliwości w branży farmaceutycznej, umożliwiając tworzenie leków wykorzystujących działanie nowo odkrytych mechanizmów molekularnych. Badania zwiększyły wiedzę na temat cyklu rozwoju wirusa HIV, który atakuje i osłabia ludzki system odpornościowy, zwiększając podatność organizmu na różnorodne infekcje. Na zespół nabytego niedoboru odporności chorują obecnie miliony ludzi na całym świecie. Wyniki badań zostały opublikowane w najnowszym wydaniu dziennika PNAS.

Źródło: Nvidia, PNAS