• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    Forskare använder Theta för analys i realtid av COVID-19-proteiner

    Nsp10/16 yta med ligander. Forskare har utvecklat en pipeline för att ansluta ALCF-superdatorer till APS-experiment för att möjliggöra analys i realtid av COVID-19-proteiner, banar väg för att belysa viktig proteinstrukturell dynamik för coronaviruset. Upphovsman:Mateusz Wilamowski, University of Chicago, Center for Structural Genomics of Infectious Diseases; George Minasov, Northwestern University, Center for Structural Genomics of Infectious Diseases

    Argonne-forskare har utvecklat en pipeline mellan ALCF-superdatorer och Advanced Photon Source-experiment för att möjliggöra analys på begäran av kristallstrukturen för COVID-19-proteiner.

    Eftersom coronaviruset SARS-CoV-2 och dess associerade sjukdom, COVID-19, utvecklas och sprids över landet och planeten, amerikanska energidepartementets (DOE) Argonne National Laboratory gick med i den globala kampen genom att börja arbeta för att bättre förstå och behandla pandemin. Flera sådana forskningsområden har lanserats vid Argonne Leadership Computing Facility, en DOE Office of Science User Facility, att dra fördel av sina betydande vetenskapliga resurser; en av dessa rader har analyserat kristallstrukturen i ett proteinkomplex associerat med coronaviruset.

    Nyckeln till att förstå coronaviruset är att riva upp dess struktur. För detta ändamål, Argonne-forskare har utnyttjat ALCF:s Theta-superdator för att analysera kristallografiska bilder av ett proteinkomplex associerat med SARS-CoV-2. Bilderna kommer från Argonnes Advanced Photon Source (APS), en DOE Office of Science User Facility, efter experiment med användning av en teknik som kallas seriell synkrotronkristallografi som är utformad för att belysa den komplexa kemin hos virala proteiner.

    Seriella synkrotronkristallografiförsök använder högintensiva röntgenstrålar för att avslöja strukturerna hos stora molekyler med endast fraktionerade strålningsdoser jämfört med kraven för traditionella kristallografiska tekniker. Som ett resultat, seriell synkrotronkristallografi tillåter forskare att avbilda tiotusentals mikroskopiska kristaller, med mycket korta exponeringslängder för varje enskilt prov. Teknikkens höga hastighet leder till generering av en stor mängd data, vars komplexitet och densitet kräver sofistikerade och beräkningskrävande analyser.

    Massivt parallella system som Theta är unika i sin förmåga att möta de krav som seriell synkrotronkristallografi ställer för snabba, on-the-fly-bearbetning. Att möjliggöra Theta för användning i on-the-fly-bearbetning är en datapipeline konstruerad runt superdatorn. Denna pipeline automatiserar datainsamling, analys, kurator, och visualisering, transportera resultat till ett förråd från vilket metadata kan extraheras för publicering.

    Rörledningen genererar stora bildpartier med hög hastighet, med dataöverföringar som uppnår hastigheter på 700 megabyte per sekund tack vare Globus, en datahanteringstjänst som drivs av University of Chicago.

    "Denna pipelins distribution mellan APS och ALCF för on-demand-analys har varit en enorm framgång, "sa Ryan Chard, en datavetare vid Argonne som leder bildbehandlingsinsatserna. "Vi uppnådde en bearbetningshastighet på upp till 95 bilder per sekund." Denna höga hastighet gjorde det möjligt att leverera omedelbar feedback till experimenter på APS.

    Rörledningen börjar med att Globus överför bilder från APS till Theta -systemet. Bilderna analyseras och bearbetas sedan med FuncX, ett beräkningssystem som fungerar som en tjänst som organiserar utskick av enskilda uppgifter till tillgängliga datanoder. FuncX används sedan också för att extrahera metadata om träffar, identifiera kristaldiffraktioner, och generera visualiseringar som visar både urvalet och träffplatserna. Efter detta rådata, metadata, och relaterade visualiseringar publiceras till en portal som är värd för ALCF, där de indexeras och görs sökbara för återanvändning.

    Nitton prover analyserades på nästan 1, 500 flöden under tre tio timmars körningar på APS-strålen, under vilka över 700, 000 bilder bearbetades på Theta. Den resulterande informationen publicerades i dataportalen och användes för att ytterligare förfina experimentellt arbete och konfigurationer. Orkestrering som krävs för att underlätta forskning i denna skala möjliggörs av forskningsdatautomationstjänster som för närvarande håller på att utvecklas på Globus -plattformen, och stöds av den pålitliga filöverföringen, och säkra datadelningsfunktioner som redan används flitigt över APS -strållinjer. Dessa funktioner kommer att fortsätta att förbättras med framtida planerade förbättringar av APS -strållinjer, ALCF -superdatorer, Globus, och APS-till-ALCF-nätverket. Den kommande APS -uppgraderingen, vilket gör det möjligt för forskare att se saker i stor skala som de aldrig har sett tidigare med lagringsringbaserade röntgenstrålar, kommer att öka datahastigheten med storleksordningar. Att kombinera dessa funktioner i ALCF- och APS -uppgraderingen kommer att avsevärt förbättra den vetenskapliga upptäckten.

    "Den ökande biologiska relevansen av seriella synkrotronkristallografiska experiment har forskare förberett ett antal ytterligare experiment under de kommande veckorna, "sa Darren Sherrell, en biofysiker och strålningsforskare vid röntgenavdelningen vid APS. "Detta arbete banar väg för att belysa viktiga proteinstruktursdynamik för coronaviruset."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com