Während der COVID-19-Pandemie, Michigan State University Forscher stieg auf den Anlass und die Ermöglichung von Projekten, die versuchen, die Hilfe der internationalen Bemühungen, Behandlungen zu entwickeln, für das virus. Ein solcher Forscher ist Dr. Michael Feig, die ist ein Teil der Abteilung für Biochemie und Molekulare Biologie an der MSU. Er und sein postdoc Dr. Lim Heo erzeugte hohe Genauigkeit-Modelle für die SARS-CoV-2-virus. Zu sehen, wie diese strukturellen Modellen nicht verfügbar waren zuvor vom Versuch, diese hohe Genauigkeit-Modelle können nun in weiteren Studien, die testen, wie sich bestimmte Chemikalien reagieren auf die Proteine. Diese Modelle werden als Ausgangspunkt verwendet werden, die von anderen Forschern für das screening bestehender Medikamente oder die Entwicklung neuer Medikamente, für deren mögliche Verwendung in der Behandlung von COVID-19. Die Idee ist, dass, wenn die molekularen Strukturen der Drogen binden können, um die SARS-CoV-2-virus, können Sie behindern Ihre Funktion und reduzieren Sie den Schweregrad der COVID-19.
Innerhalb des größeren Anstrengungen zur Milderung der Auswirkungen des virus auf die Bevölkerung, gibt es drei primäre Anstrengungen. Die erste ist die Impfstoff-Entwicklung, die zweite ist die epidemiologische Modellierung, und die Dritte ist „die Therapien finden entweder durch die Wiederverwendung von vorhandenen Drogen und schließlich die Entwicklung von neuen Medikamenten“, so Dr. Feig. Dr. Feig ist, zu arbeiten, um zu erreichen das Dritte Tor. Während andere Forscher mit diesem Ziel engagieren sich in einer klinischen „Versuch und Irrtum“ – Methode, Dr. Feig die Arbeit ermöglicht einen präziseren Ansatz, der verlässt sich weniger auf Vermutungen, denn Sie befasst sich mit der Modellierung und eventuelle Prüfung der chemischen Reaktionen auf der Grundlage der modellierten Proteinstrukturen. Seine Gruppe ist spezialisiert in der hohen Genauigkeit, Verfeinerung und Modellierung von molekularen Strukturen, in denen keine experimentellen Daten zur Verfügung stehen und seine Gruppe die Arbeit ist besonders wichtig in, dass es bietet den besten Modellen, die erzeugt werden können, die heute für SARS-CoV-2 Proteine mit unbekannten Strukturen, so dass drug-screening von anderen Arbeitsgruppen können effektiver sein.
Natürlich ist seine Arbeit auch ziemlich schwierig. Obwohl seine Gruppe bereits eine etablierte Protokoll für die Erzeugung hoher Genauigkeit-Modelle, Dr. Feig die Gruppe in der Regel konzentriert sich auf kleinere protein-targets. Er erklärte, dass“, weil die Ziele in SARS-CoV-2 sind ziemlich groß, Sie präsentieren rechnerische Herausforderungen.“ Außerdem erklärte er, dass „einige von Ihnen sind an Membranen gebunden, die auch fügt zusätzliche Komplexität, die wir ansprechen musste.“ Nämlich den Prozess seiner Gruppe verwendet, ist sehr rechenintensiv und je größer und komplexer die Struktur, desto mehr Computer-Ressourcen werden benötigt, um Modelle zu generieren, die für diese Struktur. Nicht nur, dass diese komplexe Strukturen modelliert werden, aber Sie müssen modelliert werden, so schnell wie möglich, aufgrund der Dringlichkeit der COVID-19-Pandemie. Dr. Feig, sagte er „wirklich push zu bekommen, viele Modelle in einem sehr hohen Maß an Genauigkeit aus.“ Seine Gruppe war in der Lage, diese Herausforderung zu meistern, die durch den Erwerb so viele Computer-Ressourcen an unterschiedlichen Standorten, wie Sie können.
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MSU ist HPCC-Dienste haben eine große Rolle gespielt in half Dr. Feig die Forschungsgruppe um diese Schwierigkeiten zu überwinden. Seine Gruppe verwendet high-performance-computing (HPC) für die „rechnerische Herausforderung, mit Hilfe von computer-Simulationen zur Verbesserung der Modelle.“ Damit erwerben Sie die nötigen tools, um die Modelle, Dr. Feig die Gruppe muss eine hohe Anzahl an Rechner-Knoten. Ihre Forschung erfordert eine besonders große Anzahl von GPUs. Eine Aufteilung in nationale supercomputing-Zentren geholfen, ansprechen zu müssen, aber Dr. Feig bedankte sich für ICER, dass es „großzügig im geben Sie uns Zugriff auf Ihre GPUs zu bieten“ erhebliche zusätzliche Ressourcen zu generieren, hohe Genauigkeit-Modelle mit einer schnelleren rate. Der Beitrag von ICER ist HPCC-Dienste konnte Dr. Feig die Gruppe deutlich beschleunigen den Prozess, durch den Sie generieren Modelle.
Nun, Herr Dr. Feig ist fast fertig, generieren hohe Genauigkeit der Modelle für die einzelnen Proteine des SARS-CoV-2 zu senden, um andere Forschungs-Gruppen. Die meisten generierten Modelle für die Proteine verfügbar sind öffentlich zugänglich und beginnt zu verwendet werden, die von anderen Arbeitsgruppen, die arbeiten zur Entwicklung von Behandlungen für COVID-19. Dr. Feig erklärt, dass der nächste Schritt für seine Gruppe zu arbeiten, ist der Einbau dieser Proteine in die „biologisch relevanten Einheiten“ und schließlich der Bau einer hohen Genauigkeit Modell des virus. Diese kontinuierliche Arbeit ist in Zusammenarbeit mit Professoren Rommie Amaro an der UCSD und Syma Khalid an der Universität von Southampton in Großbritannien aus und zielt auf die Erstellung der Modelle für die Virushülle mit hoher Auflösung. Solche Modelle könnten dann mehr geben Einblick, wie die virus-Funktionen als ganzes. Ein Fokus liegt derzeit auf Versammlungen beziehen sich auf die spike-protein. Das spike-protein ist protein, das erleichtert den Eintritt des virus in die Zelle während der Anfangsphase der Infektion. Durch das lernen, den Mechanismus, mit dem die Infektion beginnt, ist es einfacher für andere Gruppen Lösungen zu entwickeln, die das anhalten der Infektion-Prozess.