Structura virusului HIV, decodată cu ajutorul procesoarelor grafice Nvidia

Autor: Aurelian Mihai 31.05.2013
Structura virusului HIV, decodată cu ajutorul procesoarelor grafice Nvidia

Găsirea unui remediu împotriva virusului HIV este acum mai aproape, după ce un grup de cercetători au reuşit să decodeze o parte din structura temutului virus simulând interacţiunile care au loc la nivel molecular cu ajutorul unui supercalculator echipat cu procesoare din familia Nvidia Tesla. Bazate pe nucleul Kepler, acestea sunt aproape identice celor folosite pentru seria de plăci video GeForce GTX 680.

Structura virusului HIV, decodată cu ajutorul procesoarelor grafice Nvidia

Studiul a avut drept ţel determinarea structurii învelişului proteic în care este încapsulat codul genetic al virusului HIV, a cărui înţelegere în detaliu este esenţială pentru găsirea unui remediu eficient.

În combinaţie cu observaţii directe făcute cu ajutorul microscopului electronic şi cristalografie cu raze X pentru studierea configuraţiei proteinelor individuale, simulările computerizate ajută la înţelegerea modului în care au loc interacţiunile la nivel molecular, găsind eventuale vulnerabilităţi care pot fi atacate cu un remediu.

Pentru a duce la bun sfârşit simulările de foarte mare complexitate, cercetătorii s-au folosit de puterea supercalculatorului Blue Waters de la Universitatea din Illinois, echipat cu 237 module Cray XE6 şi 32 module Cray XK7 conţinând procesoare Nvidia Tesla.

Rulând cu o viteză de 10 la puterea 24 operaţii pe secundă, simularea a reuşit detalierea interacţiunilor moleculare pentru toate cele 1300 proteine identice care alcătuiesc învelişul protector aflat în centrul virusului HIV, corespunzătoare unui interval de 100 nanosecunde. Pentru obţinerea unui rezultat veridic, studiul a fost realizat simulând nu mai puţin de 64 milioane atomi individuali, a căror interacţiune este calculată ţinând cont de dinamica moleculară şi legile mişcării aplicate pentru fiecare atom în parte, respectiv forţa de atracţie şi respingerea electromagnetică. Datorită complexităţii foarte mari, simularea a fost împărţită în fragmente separate, distribuite şi rezolvate în paralel folosind toate unităţile de procesare disponibile.

Principalul rol al acestui înveliş proteic este de a proteja codul genetic al virusului HIV în perioadele de tranzit, când virusul se propagă de la o celulă la alta. Odată infiltrat în celulele organismului gazdă, învelişul proteic se deschide pentru a elibera codului genetic conţinut, facilitând infectarea şi replicarea virusului în interiorul celulei victimă. Înţelegerea modului în care învelişul proteic este asamblat ar putea permite dezvoltarea unor medicamente capabile să declanşeze deschiderea sa prematură, ducând la distrugerea codului genetic înainte ca virusul să poată fi replicat în celulele organismului gazdă. Alternativ, împiedicarea deschiderii învelişului proteic poate bloca abilitatea virusului de a se replica, stopând propagarea infecţiei.

Tags: