超級計算機模擬顯示HIV-1複製的新靶點

旗艦超級計算機

Stampede2是德克薩斯大學奧斯汀分校德克薩斯高級計算中心（TACC）的旗艦超級計算機。作為戰略性的國家資源，Stampede2為美國數千名研究人員提供高性能計算能力。它於2017年秋季全面投入生產，作為18 petaflop系統，以其取代的原始Stampede集群的成功為基礎。 Stampede2具有4,200個Knights Landing（KNL）節點 - 基於Intel多核集成（MIC）架構的第二代處理器 - 以及1,736個Intel Xeon Skylake節點。 Stampede2是由TACC與供應商合作夥伴戴爾公司、英特爾公司和克萊公司共同部署的，由TACC，UT Austin，克萊姆森大學，康奈爾大學，科羅拉多大學博爾德分校，印第安納大學和俄亥俄州立大學的網路基礎設施專家團隊運營。 Stampede2由美國國家科學基金會（NSF）通過獎勵ACI-1540931慷慨資助。

HIV-1像忍者般複製，病毒滑過重要的白細胞膜。在細胞內部，HIV-1複製其基因並清除部分為其拷貝構建的保護罩。科學家們並不了解HIV-1如何有效地欺騙我們的免疫系統細胞的許多細節。 2018年，該病毒感染了美國的120萬人和全球3700萬人。超級計算機幫助模擬了HIV-1保護性衣殼中的關鍵組成部分，這可能導致HIV-1複製的潛在治療干預策略。

科學家發現天然存在的化合物肌醇六磷酸酯（IP6）促進了HIV-1的組裝和成熟。「我們與其他研究人員合作，發現HIV使用這種小分子來完成其功能，」特拉華大學化學與生物化學系Juan R. Perilla說。 「這是一種在人體細胞和其他哺乳動物細胞中極為可用的分子。HIV已經進化為利用我們細胞中存在的這些小分子具有的傳染特性。」 Perilla在2018年8月的《自然》雜誌上共同撰寫了這項研究。

Perilla使用NAMD模擬肌醇磷酸鹽與HIV結構蛋白CA-CTD-SP1的相互作用，通過國家科學基金會資助的極端科學和工程環境XSEDE進行分配。 「XSEDE提供了一個獨特的框架，允許我們使用針對特定科學問題的需求量身定製的計算資源。此外，我們受益於XSEDE提供的HPC培訓機會，這使我們能夠開發新穎的分析工具，」Perilla說。

分配包括匹茲堡超級計算中心的Anton2系統的時間，以運行綁定IP6的原子模擬。 「Anton2使我們能夠進行長期模擬，以測試未成熟衣殼組件和IP6的穩定性，」Perilla說。

通過XSEDE，德克薩斯高級計算中心的Stampede2系統進行了NAMD模擬肌醇磷酸酯IP3，IP4，IP5及其與HIV蛋白CA-CTD-SP1的相互作用。「Stampede2允許我們做的是確定HIV蛋白質與這種小分子之間的分子相互作用，並檢驗其使用分子動力學穩定蛋白質特定部分的假設，」Juan Perilla說。

「我認為Stampede2是一台偉大的機器，它對科學界非常有益，它有一個類似於基於價值的系統的資源。我想讓公眾知道的是，這些大型機器是重要的。它們不僅僅是一個小集群的替代物。這些機器真的能創造新的科學。如果你沒有這種規模的機器，你就無法做我們所做的科學，因為我們的問題比你在校園群里的問題要大。我們確實需要將這些機器的規模提供給科學界，以使我們能夠科學使用。」Perilla說。

Perilla描述了越來越多地使用「計算顯微鏡」，即超級計算機與實驗室數據的結合。 「通過計算顯微鏡，你可以看到事物是如何移動的。許多實驗技術只是一個快照。通過計算顯微鏡，你可以真正看到事物是如何移動的，」他說。

關於HIV-1構建塊如何及時移動的超級計算機模型在本研究中有所不同。 「這一發現為開發新療法打開了一扇大門。它是一種治療靶點。因此，它對藥物開發和治療開發非常有吸引力，」Perilla說。

Perilla說，關於HIV-1的行為還有很多東西需要學習。 「我們是基礎科學家.NSF的使命是將這些系統理解為生物體。總體思路是我們希望將病毒理解為生物學問題，並最終將這些知識用於推導治療，」Perilla說。

原文出處

PUBLIC RELEASE: 9-AUG-2018 Supercomputer simulations show new target in HIV-1 replication

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