과학자들이 신종 코로나바이러스 ‘SARS-COV-2’ 전개 전체 원자 시뮬레이션 모델링으로 감염병에 맞서고 있다.

센디에고의 켈리포니아대(UC San Diego) 생화학자 인플루엔자 바이러스 시뮬레이션 전체 원자 시뮬레이션에 성공, 신종 코로나바이러스에도 이 방범을 적용하려 한다.

그는 미국 오스틴 텍사스대(UT Austin)의 텍사스첨단컴퓨팅센터(Texas Advanced Computing Center, TACC)에 있는 프론테라(Frontera) 슈퍼컴퓨터에서 모델을 테스트하고 코드를 최적화하는 첫 단계를 수행했다. 코로나바이러스 전체 원자 모델에서 얻은 지식은 연구원들이 코로나 바이러스와 싸우기 위해 새로운 약물과 백신을 설계하는 데 도움이 될 수 있다.

로미 아마로(Rommie Amaro) 교수는 코로나바이러스 전개의 완전한 원자모델을 최초로 구축하기 위해 이번 연구를 수행 중이다. 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션은 숙주세포 코로나 바이러스 감염과 관련된 주요 바이러스성 단백질인 SARS-CoV-2 스파이크 단백질에 초점을 뒀다.

그는 “입자 외부의 모습과 작동 방식에 대한 좋은 모델을 보유하고 있다면 분자 인식과 관련된 다양한 구성 요소를 잘 볼 수 있을 것”이라고 말했다. 분자 인식은 바이러스가 안지오텐신 전환효소2(ACE2) 수용체 및 가능한 경우 숙주세포막 내의 다른 표적과 상호 작용하는 방법을 포함한다.

credti:UC San Diego, Rommie Amaro.

코로나바이러스 모델은 대략 2억 개의 원자를 포함할 것으로 예상되는데, 각 원자와 서로의 상호 작용이 계산돼야 하기 때문에 어려운 일이다. 각 팀의 워크플로에는 하이브리드 또는 통합 모델링 방식이 사용된다.

아마로는 “우리는 서로 다른 해상도의 데이터를 하나의 응집력 있는 모델로 결합해 프론테라와 같은 최고급 시설에서 시뮬레이션 할 수 있다. 이를 수행하는 방법은 기본적으로 개별 구성 요소로 시작한다. 여기서 개별 구성요소는 원자 또는 거의 원자 분해능으로 구조가 해결되었으며 기본적으로 이러한 각 구성 요소를 조심스럽게 실행하고 안정적인 상태로 만들어야 한다. 그런 다음 이를 이웃 분자와 함께 더 큰 시뮬레이션에 도입 할 수 있다”고 말했다.

프론테라 슈퍼컴퓨터는 올해 3월 12-13일에 최대 4,000개의 노드 또는 약 250,000개의 처리 코어에서 NAMD 분자역학 시뮬레이션을 실행했다. 프론테라는 세계 5위 슈퍼컴퓨터로 학술용 슈퍼컴퓨터 1위를 차지했다. 아마로 교수는“이 크기의 시뮬레이션은 프론테라 또는 에너지부(Department of Energy)의 기계에서만 실행할 수 있다”며 “초기 벤치마크는 이 시스템에서 정말 인상적”이라고 말했다.

TACC 프론테라 프로젝트를 이끄는 덴 스텐지온(Dan Stanzione) “우리는 이 새로운 위협을 극복 할 수 있는 방법을 이해하고 찾는 것과 관련해 아마로의 시뮬레이션 및 기타 중요한 작업을 계속 지원할 것”이라고 말했다.

코로나바이러스에 대한 아마로의 이번 연구는 지난 2월 ‘ACS Central Science’에 출판된 인플루엔자 바이러스 전개의 전체 원자 시뮬레이션 시뮬레이션 작업을 통해 성공을 거뒀다. 그녀는 인플루엔자 활동이 코로나 바이러스와 현재 추구하고 있는 것과 비슷할 것으로 기대한다.