Supercomputando la pandemia: la comunidad científica se enfrenta a la COVID-19 desde múltiples perspectivas

Tras estos superordenadores, los expertos ayudan a dar respuesta a las preguntas más difíciles de los investigadores farmacéuticos y responsables políticos.

Explorando los porqués, los cómos, y los y si de la COVID-19 con las potentes tecnologías Intel®.

Desde su creación, los superordenadores se han enfrentado a los desafíos informáticos más grandes, más complejos y más exigentes en cuanto a datos, desde la confirmación de las teorías de Einstein sobre las ondas gravitacionales hasta la predicción del impacto del cambio climático.

Ahora, científicos y políticos acuden a estos sistemas de informática de alto rendimiento (HPC) para ayudar a responder algunas de sus preguntas más urgentes sobre la COVID-19 y la nueva cepa de coronavirus que la causa.

«La COVID-19 se acerca desde todas las direcciones», dice Tim Cockerill, director de Servicios para los usuarios del Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC) de la Universidad de Texas. «Los sistemas HPC están apoyando una gama extraordinariamente amplia de investigación para ayudarnos a entender el virus y responder a él. La HPC es una parte de crucial importancia en la investigación sobre el coronavirus».

Los modelos de proteínas de coronavirus pueden ayudar a identificar metas para nuevos tratamientos farmacológicos de COVID-19. Crédito de imagen: Lorenzo Casalino, Zied Gaieb, Abigail Dommer, Rommie Amaro. UC San Diego.

Lo que significa que detrás de todo ello, detrás de los héroes de la sanidad que prestan cuidados críticos, los científicos que buscan curas en sus laboratorios, y los planificadores que intentan prevenir nuevos brotes, están miles de científicos e investigadores informáticos de todo el mundo que se han unido a la lucha contra la COVID-19. Usan los superordenadores más potentes del mundo, muchos basados en procesadores Intel®, para estudiar el virus desde cada ángulo concebible, en escalas que van desde lo minúsculo hasta lo enorme.

La COVID-19 se acerca desde todas las direcciones. Los sistemas HPC están apoyando una gama extraordinariamente amplia de investigación para ayudarnos a entender el virus y responder a él.

Tim Cockerill, Director de Servicios para los usuarios, Centro de Computación Avanzada de Texas

Conocimiento a escala atómica

A nivel molecular, los equipos de investigación están diseñando modelos digitales detallados del nuevo coronavirus y ejecutando simulaciones basadas en la física para explorar cómo funciona y qué aspectos de su estructura molecular ofrecen potenciales objetivos para vacunas y tratamientos.

Uno de esos equipos en la Universidad de California en San Diego (UCSD) está construyendo un modelo completo de la cápsula exterior del virus, la parte que intentamos disolver cuando lavamos nuestras manos durante 20 segundos. También planean simular las interacciones entre los 200 millones de átomos que componen la cápsula.

Los investigadores simulan 300 000 ligandos por hora en Frontera. Crédito de imagen: Argonne National Laboratory.

El equipo de la UCSD ejecuta sus códigos en el superordenador académico más potente del mundo1, que se encuentra en la TACC y cuenta con 8008 nodos, cada uno tan potente como varios ordenadores de sobremesa.

Una colaboración dirigida por el Argonne National Laboratory del Departamento de Energía está utilizando tecnologías Intel® para examinar millones de pequeñas moléculas, buscando los objetivos más prometedores para nuevos medicamentos para prevenir o tratar la COVID-19.

Ambos equipos comparten sus resultados con los desarrolladores de fármacos y otros científicos para otras exploraciones.

Cimientos para estrategias basadas en ciencia

A gran escala, científicos y analistas políticos quieren entender mejor cómo se está propagando la COVID-19 y qué estrategias de contención pueden minimizar mejor la transmisión y la perturbación económica. Las simulaciones epidemiológicas les proporcionan datos para desarrollar respuestas basadas en ciencia a estas preguntas.

En uno de los estudios epidemiológicos más grandes relacionados con la COVID-19, un equipo de 80 personas del Instituto de Biocomplejidad de la Universidad de Virginia y sus instituciones asociadas ha diseñado un «gemelo digital» detallado que modelan a toda la población estadounidense. Utilizan este modelo para simular cómo los Estados Unidos responderían a posibles acciones relacionadas con la pandemia, respondiendo a las preguntas «¿y si...?» más urgentes. El modelo se ejecuta cada noche en el Centro de Superinformática de Pittsburgh, y los resultados se comparten con agencias federales y estatales.

Colaborando para acelerar el progreso

Los superordenadores son tan esenciales para la lucha contra la COVID-19 que gobiernos, industria y líderes académicos se han unido para asegurar que las iniciativas estratégicas de investigación obtengan acceso a los recursos y conocimientos especializados necesarios. Intel apoya a los investigadores como miembro del Consorcio COVID-19 HPC, una colaboración entre los sectores público y privado creada por la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca para proporcionar acceso a recursos de HPC. Mediante nuestras asociaciones en curso con centros HPC, equipos de investigación y la comunidad de código abierto, ayudamos a optimizar el rendimiento de las herramientas y aplicaciones críticas para permitir avances más rápidos.

Los centros HPC están liberando tiempo libre en sus superordenadores para proyectos relacionados con la COVID. Entre otros, el Centro de Superinformática Leibniz de Alemania y la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah de Arabia Saudí han invitado a equipos de investigación relacionados con el coronavirus a que soliciten tiempo en sus plataformas HPC basadas en procesadores Intel®.

Las empresas petroleras y de gas también colaboran. BP está proporcionando ciclos en su superordenador HPE Apollo a escala industrial. El líder italiano en petróleo y gas Eni ofrece sus recursos de superinformática y sus habilidades de modelado molecular (normalmente utilizadas en investigación sísmica) para ayudar. Eni está trabajando con Dompé, una empresa biofarmacéutica con sede en Milán, y Cineca, un consorcio investigador sin ánimo de lucro, para acelerar la vía hacia los tratamientos contra la COVID-19.

Luchando contra la COVID-19 y preparándose para el próximo desafío mundial

La superinformática es crucial en la lucha contra la COVID-19, y la comunidad científica se ha volcado con el desafío. Aprovechando las tecnologías Intel®, los científicos aplican su experiencia y pasión para impulsar la comprensión mundial de la enfermedad, sus causas y sus impactos. Líderes de la industria colaboran con agencias gubernamentales y universidades para apoyar iniciativas de investigación que pueden ayudar a obtener curas y vacunas y proporcionar una base para políticas basadas en datos.

Al hacerlo, proporcionan un modelo de cómo trabajar juntos para resolver los problemas más grandes. Mejoran sus algoritmos y software de maneras cruciales para entender la COVID-19, y que también pueden ayudar a ofrecer ideas más rápidas y profundas sobre la ciencia tras otros desafíos y oportunidades mundiales.

Armados con este conocimiento y experiencia, podemos imaginar un mundo postpandemia que esté mejor preparado para hacer frente al cambio climático, crear ciudades inteligentes y enfrentarse al siguiente virus letal que emerja.

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Más información sobre proyectos de investigación de la COVID-19 en el Texas Advanced Computing Center, Argonne National Laboratory, y el Centro de Superinformática de Pittsburgh

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