基於天河超級電腦的新冠藥物篩選成果入圍國際戈登貝爾獎評選

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摘要:總臺記者從國家超算天津中心瞭解到,11月4日,美國電腦協會公佈,國家超級計算天津中心聯合國防科技大學電腦學院、海南大學藥學院、中山大學藥學院、中國海洋大學醫藥學院、美國肯塔基大學藥學院等組織,在天河新一代超級電腦上完成的“基於自由能微擾-絕對結合自由能方法的大規模新冠藥物虛擬篩選”工作成功入圍2021年度的戈登貝爾新冠特別獎,這是我國首次入圍該特別獎獎項。

總臺記者從國家超算天津中心瞭解到,11月4日,美國電腦協會(ACM)公佈,國家超級計算天津中心聯合國防科技大學電腦學院、海南大學藥學院、中山大學藥學院、中國海洋大學醫藥學院、美國肯塔基大學藥學院等組織,在天河新一代超級電腦上完成的“基於自由能微擾-絕對結合自由能方法的大規模新冠藥物虛擬篩選”工作成功入圍2021年度的戈登貝爾新冠特別獎,這是我國首次入圍該特別獎獎項。

該成果由中國科學院上海藥物所陳凱先院士、北京航空航太大學錢德沛教授和荷蘭阿姆斯特丹大學Hans Westerhoff教授提名推薦。通過利用天河新一代超級電腦的超大規模算力,使用國際領先的藥物-靶標結合精准評估計算方法,實現了新冠應急藥物(有效降低致死率和重症率)的快速篩選和發現。團隊以新冠病毒的M-Pro和TMPRSS2等重要靶點為研究對象,對來源於美國FDA(食藥監局)準予上市及成熟商業庫的近180萬種小分子與靶點的複合物進行計算評估,在一周內完成了50餘萬個複雜分子動力學類比任務,並篩選出98個化合物,其中50個化合物在生物活性測試中表現出較高活性,命中率達到51%,是當前國際最高水准。計算篩選得到的雙嘧達莫藥物已完成100多例的臨床試驗,其結果表明:雙嘧達莫幹預三周後,新冠重型患者臨床症狀明顯改善,達到87.5%的出院率,明顯優於對照組40%出院率,無死亡案例,無轉成危重型案例,該藥能提高治癒率並降低病亡率。該藥與阿比多爾合用後,新冠普通型患者的出院率為100%,平均出院時間為7天,比阿比多爾單用提前了4天,顯示出良好的治療效果。

根據實際測算,在天河新一代超級電腦的支撐下,基於自由能微擾-絕對結合自由能方法的藥物篩選效能提升了200倍。該項成果對於實現針對突發疫情的快速藥物響應,具有極為重要的現實意義。同時,基於天河新一代超級計算平臺,天津超算中心還聯合了天津中醫藥大學張伯禮院士團隊開展治療新冠的中藥有效成分篩選工作,開展中藥現代化研究。

戈登貝爾獎是國際上高性能計算應用領域的最高學術獎項,被稱為“超算領域的諾貝爾獎”,由ACM每年評選和頒發,具有較大的國際影響力。由於新冠疫情的暴發,ACM於2020年首次設立了戈登貝爾獎新冠特別獎(ACM Gordon Bell Special Prize for HPC-Based COVID-19 Research),以表彰在“超算抗疫”方面取得的傑出研究成果。其評估的主要標準為:通過高性能計算的應用和創新,對理解疾病本質、控制疾病傳播或發現有效治療手段作出重要貢獻。2020年該獎項有6項成果入圍,全部被美國包攬。(總臺記者孫强)

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