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高性能计算云平台助力药物智能设计新发展
发布人:万林     发布时间: 21-09-04 15:46:40      点击次数:

近日,国家糖工程技术研究中心肖敏教授团队新进教师蒋绪恺副研究员在抗生素药物智能化设计领域取得新进展,在国际化学类Top期刊Chemical Science (最新IF:9.821)上发表了题为“A novel chemical biology and computational approach to expedite the discovery of new-generation polymyxins against life-threatening Acinetobacter baumannii”的研究论文,高性能计算云平台为本课题研究提供了关键技术支持。

近年来,针对细胞膜系统,设计新型抗感染和抗肿瘤药物已逐渐成为了生物医药领域的前沿热点。然而,由于细胞膜结构的复杂性和异质性,传统的结构生物学方法无法得到高分辨率的细胞膜三维结构,也难以研究细胞膜与药物分子的相互作用机制,这大大限制了细胞膜靶向药物的设计与开发。2013年,获得诺贝尔化学奖的多尺度分子动力学模拟技术为认识和探索超复杂生物体系的动态运行机制提供了可能。建立生物细胞膜系统的超大规模计算体系,发展生物大数据的智能分析方法,是研究细胞膜的结构功能的重要策略,也是未来膜靶向药物智能化设计的核心技术。建立独立自主的药物智能研发平台,符合建设创新型国家的需求以及十四五规划中建设生物医药产业创新高地的目标。

毫无疑问,这一系列目标的实现离不开强大的计算机硬件平台和稳定运算环境的支撑。山东大学高性能计算云平台注重生物医药领域的基础研究,与蒋绪恺博士合作开展了多项原创性研究课题,在抗生素药理学领域取得了一系列突破进展:2020年,使用云平台的GROMACS软件,利用240个CPU计算核心,计算时长超过40天,产生大约28TB的数据,首次阐明了鲍曼不动杆菌多粘菌素依赖性耐药的分子机制,该项研究以封面论文发表于权威期刊Advanced Science (IF:16.803);在此基础上,2021年,利用4个GPU计算节点,120颗CPU计算核心,利用丙氨酸扫描分子模拟技术,全面分析了多粘菌素的结构-活性关系,产生了大约14TB的数据,建立了首个原子级的多粘菌素-细菌外膜互作机制模型,为新一代抗超级细菌药物的开发提供了一个高通量、智能化的设计和筛选平台,该成果最近发表于重要国际期刊Chemical Science (IF:9.821)。

依托于山东大学高性能计算云平台,蒋绪恺博士团队正在开展多个研究课题。利用好学校的大科学平台,开展学科交叉型的创新性研究,是构建一流的药物智能化研发平台的必需要素,这将对我国生物制药和精准医疗领域的发展起到重要的推动作用。