Carrera global para luchar contra el COVID-19 utilizando la supercomputadora más rápida del mundo

Como director de una organización mundial de investigación, siento la obligación de utilizar todos los recursos científicos y tecnológicos de vanguardia a nuestra disposición para combatir este flagelo. Como padre, quiero una solución duradera que funcione no sólo para esta crisis sino también para la próxima. Y, como estadounidense e hispano con familias repartidas en dos puntos críticos, quería ayudar. Es así de simple.

Comenzó con una llamada a la Casa Blanca el martes 17 de marzo, que resultó ser un momento catalizador para que la industria, el mundo académico y el gobierno actuaran juntos. Esa misma semana recibí la noticia de mi madre de que mi prima en España había dado positivo por coronavirus. Ella es una doctora, como todo el personal médico del mundo en estos momentos, en la primera línea de la lucha contra esta enfermedad. Esta lucha es personal para muchos de nosotros.

El COVID-19 es muy grave. La enfermedad respiratoria es causada por un virus de la familia de los coronavirus, que fue descubierto en la década de 1960 pero que nunca había causado tal ataque en humanos. El virus impide que las víctimas respiren normalmente, dejándolas sin aliento. Lo que sigue es fiebre, tos, dolor de garganta y sensación de fatiga extrema e impotencia. Afortunadamente, la recuperación se produce en unos pocos días; algunos muestran sólo síntomas leves o moderadamente graves. Pero algunos pacientes no tienen tanta suerte. El virus avanza violentamente por el cuerpo, llena los pulmones de líquido y puede provocar una muerte rápida. Nadie es inmune. Si bien los adultos mayores y las personas con problemas de salud subyacentes corren un mayor riesgo, el COVID-19 se ha cobrado la vida de personas de todas las edades, algunas de las cuales parecían gozar de buena salud. Esta enfermedad está destrozando nuestro mundo.

Pero somos resilientes y estamos contraatacando con todas las herramientas que tenemos, incluidas algunas de las supercomputadoras más sofisticadas que jamás hayamos construido. Las máquinas (más de 25 supercomputadoras con sede en EE. UU. con más de 400 petaflops de potencia informática) ahora están disponibles de forma gratuita a través del Consorcio de Computación de Alto Rendimiento COVID-19 para los científicos que buscan una vacuna o un tratamiento para el virus.

Es cocreado por el gobierno, la academia y la industria (incluidos los competidores). IBM está liderando el esfuerzo con el Departamento de Energía de EE. UU., que opera laboratorios nacionales de EE. UU. Google, Microsoft, Amazon y Hewlett Packard Enterprise, así como la NASA, la Fundación Nacional de Ciencias, el Centro de Supercomputación de Pittsburgh y seis laboratorios nacionales: Lawrence Livermore, Lawrence Berkeley, Argonne, Los Alamos, Oak Ridge y Sandia se encuentran entre los que ya están a bordo. Luego están las instituciones académicas, incluido el Instituto Tecnológico de Massachusetts; el Instituto Politécnico Rensselaer; la Universidad de Texas en Austin; y la Universidad de California en San Diego.

Las supercomputadoras realizarán cálculos masivos en epidemiología, bioinformática y modelado molecular con la esperanza de acortar significativamente el tiempo para descubrir nuevas moléculas que podrían conducir a vacunas. Después de recibir propuestas de todo el mundo, hemos revisado, aprobado y emparejado 15 proyectos con supercomputadores adecuados. Seguirán más.

Pero hace apenas unos días nada de esto existía.

El 17 de marzo llamé a Michael Kratsios, director de tecnología del gobierno de Estados Unidos. Al ver el potencial del consorcio de supercomputación, inmediatamente comenzó a movilizar a su equipo, que incluía a Jake Taylor, subdirector de ciencia de la información cuántica en la Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca. Jack llamó a los principales actores de Estados Unidos que tenían computadoras de alta potencia y los invitó a unirse. En IBM, el equipo de Mike Rosenfield ha diseñado y construido varias generaciones de las supercomputadoras más importantes del mundo, trabajando con los principales líderes informáticos del RPI, el MIT y los laboratorios nacionales de Estados Unidos. El Departamento de Energía de EE. UU. ha sido un socio desde el principio y está en el centro de todo.

Dentro de las 24 horas posteriores a la primera convocatoria, los colaboradores describieron las implicaciones de la participación. Hicimos una lluvia de ideas sobre cómo comunicar a los laboratorios de investigación de todo el mundo lo que podríamos ofrecer en términos de hardware, software y expertos humanos, y cómo lograr que presentaran propuestas y que esas propuestas coincidieran con las supercomputadoras adecuadas.

Pasaron cuarenta y ocho horas. El jueves 19 de marzo establecimos un Comité de Revisión Científica y un Comité de Emparejamiento Computacional para gestionar las propuestas. Al menos una persona de cada miembro de la alianza debe participar en el proceso y todos actuar de manera justa y equitativa. Ajay Royyuru de IBM se une al Comité de Revisión de Desempeño; es un líder en nuestra investigación en salud y ciencias biológicas y tiene una larga trayectoria de trabajo con sus equipos para desarrollar nuevas tecnologías para combatir el cáncer y las enfermedades infecciosas.

La lucha contra el COVID-19 también es personal para Ajay. En enero, su anciano padre murió de una enfermedad pulmonar. Ajay vive con su madre de 82 años y le preocupa protegerla de este riesgo, del mismo modo que muchos de nosotros nos preocupamos por nuestros padres. Su familia extendida en la India también se enfrenta ahora a la propagación de la epidemia.

La Casa Blanca anunció la alianza el 22 de marzo, menos de una semana después de las primeras conversaciones con Kratsios. Todo el mundo sabe que el tiempo corre.

Aún es temprano, pero para Ajay y otros revisores está claro desde la primera ola de propuestas que los científicos están tratando de atacar el virus en todos los frentes: desde simulaciones dirigidas por IA hasta el descubrimiento y desarrollo de fármacos, pasando por la ciencia genómica, la epidemiología y los sistemas de salud. respuesta. Necesitamos comprender todo el ciclo de vida de este virus, todos los engranajes que lo impulsan: cómo encuentra e infecta las células huésped y se replica en ellas, impidiéndoles producir partículas vivas. Necesitamos comprender los componentes moleculares y las proteínas involucradas en la bioquímica viral y luego utilizar modelos computacionales para comprender cómo interrumpir este ciclo. Este es el enfoque científico estándar para el descubrimiento de fármacos, pero queríamos ampliarlo.

El virus ha estado propagándose en humanos durante varios meses, proporcionando una gran cantidad de muestras para modelado y análisis por computadora. Los científicos los han depositado en fuentes de datos públicas como GenBank y Protein Data Bank. Hay muchas incógnitas e hipótesis, pero, me dijo Ajay, muchas de las propuestas implican el uso de estructuras proteicas existentes para tratar de encontrar posibles compuestos moleculares que podrían conducir a tratamientos o vacunas.

Esto ya sucedió. Incluso antes de que formáramos el consorcio, investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge y la Universidad de Tennessee modelaron 8.000 compuestos y descubrieron 77 moléculas que potencialmente podrían desarmar el virus. Pero 77 sigue siendo un número grande y las pruebas para encontrar la molécula adecuada podrían llevar meses. Mi colega Alessandro Curioni, un químico italiano que dirige IBM Research Europe y tuvo que aislarse debido a una posible exposición al COVID-19, pensó en cómo acelerar el proceso.

En una conversación con ejecutivos de la Comisión Europea a principios de marzo, Alessandro conoció una empresa farmacéutica italiana, Dompé Farmaceutici, y sus proyectos en curso financiados por la UE. La semana pasada organizó una reunión entre científicos y Oak Ridge y sugirió que ambas partes presentaran una propuesta conjunta a la alianza. Quizás con la ayuda de supercomputadoras podrían reducir el número de compuestos prometedores de 77 a 10, a 5 y finalmente a 1.

En esta pandemia, los humanos tenemos más herramientas que nunca. Con datos, supercomputadoras e inteligencia artificial, y en el futuro la computación cuántica, crearemos una era de descubrimientos acelerados. Esta alianza es un ejemplo de un enfoque colaborativo único que muestra que cuanto mayor es el desafío, más nos necesitamos unos a otros.

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