Supercomputadores da Petrobras irão ajudar nas pesquisas sobre a Covid-19

Supercomputadores da Petrobras ajudarão nas pesquisas de novos medicamentos para o combate da Covid-19.

Os supercomputadores da estatal petrolífera apoiarão o projeto Folding@Home desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Stanford e voltado para pesquisas médicas e sobre o novo coronavírus. A empresa petrolífera brasileira Petrobrás direcionará parte da capacidade de processamento de seus computadores de alto desempenho (ou High Performance Computers, HPC, se você desejar) para contribuir com o esforço do projeto Folding@home no estudo do comportamento do coronavírus no corpo humano e de como a doença progride, a partir da interação de proteínas virais, abrindo caminho para o desenvolvimento de medicamentos e vacinas. 

Lançado em 2000, o Folding@home é um projeto de computação distribuída para simular a dinâmica de proteínas, incluindo o processo de enrolamento de proteínas (enrolamento de proteínas, habitualmente designado pelo termo inglês protein folding, daí o nome do projeto) e os movimentos de proteínas implicados em uma variedade de doenças. O projeto reúne cientistas cidadãos que se voluntariam para executar simulações de dinâmica de proteínas em seus computadores pessoais. 

As informações sobre esses processos biológicos estão ajudando os cientistas a entender melhor a biologia e fornecendo novas oportunidades para o desenvolvimento de terapias. Entre outros avanços, o projeto Folding@home já ajudou a identificar a proteína que liga o betacoronavírus SARS-CoV-2, o vírus que causa a covid-19, às células humanas. 

Santos Dumont e OBGON

Até dois supercomputadores da Petrobras podem ter parte de suas capacidades de processamento redirecionadas para esta pesquisa: o Santos Dumont, o maior supercomputador da América Latina, localizado no Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), em Petrópolis (RJ), que recentemente teve sua capacidade aprimorada por uma colaboração com outro laboratório e a empresa e seus parceiros no consórcio Libra; e OBGON, resultado da parceria com o Senai-Cimatec, instalado em Salvador (BA). O anúncio foi feito pela petroleira em uma rede social e no site.

O melhor supercomputador brasileiro, atualmente classificado na posição 193º do mundo e administrado pelo LNCC, é o GPU Santos Dumont. O supercomputador faz parte de um cluster composto por três sistemas, CPU Santos Dumont, GPU Santos Dumont e Santos Dumont Hybrid. Com uma capacidade total de processamento originalmente instalada de 1,1 petaflops (a GPU Santos Dumont sozinha pode executar 456 teraflops / cálculos por segundo), o cluster é atualmente o recurso de supercomputador mais poderoso da América Latina. Em 2019 o SDumont recebeu uma atualização de 4 Petaflops, passando para a capacidade total de processamento de aproximadamente 5,1 quadrilhões de operações por segundo, um aumento de aproximadamente 360% quando comparado às especificações originais de 2015 de 1,1 Petaflop.

O uso desses supercomputadores permite diminuir o tempo de simulação computacional para que os pesquisadores obtenham resultados mais rapidamente em suas pesquisas. Para a iniciativa Folding@home, a empresa mobilizará 60% da capacidade do Santos Dumont, que equivale a 2 petaflops, o equivalente à capacidade computacional de 2 milhões de laptops, além de 50% da capacidade Senai-Cimatec, correspondendo a um petaflop (1 milhão de laptops). 

Novos medicamentos para o combate da Covid-19

Além dessa iniciativa, a Petrobras mobilizará seus recursos computacionais de alto desempenho para projetos de pesquisa de universidades brasileiras no combate ao novo coronavírus. Um dos projetos em potencial, em parceria com a PUC-Rio e o Senai-Cimatec, é o uso de técnicas de inteligência artificial (deep learning) para ajudar a diferenciar o exame de raios-X de um paciente com gripe comum e o exame de raio-X de um paciente com a covid-19. Os algoritmos criam padrões de repetição e, comparando os dados, é possível chegar a um diagnóstico. Esse é um teste mais barato e mais rápido do que, por exemplo, exames de tomografia e de sangue por PCR. 

Essas iniciativas integram uma ampla frente liderada pela Petrobras, que está mobilizando seus profissionais de diversas áreas do conhecimento que podem contribuir no combate à pandemia causada pelo novo coronavírus, em parceria com universidades, empresas, organizações sociais, instituições brasileiras e estrangeiras. Seu objetivo é propor soluções que possam utilizar a estrutura tecnológica, equipamentos e consultoria técnica da empresa, a fim de auxiliar os esforços de combate à pandemia, nas frentes de prevenção, tratamento e apoio hospitalar. 

Da mesma forma, a Petrobras também se dedica a iniciativas como o fornecimento de doações para instituições, incluindo, por exemplo, itens de segurança e higiene para o hospital da UFRJ, e mobiliza suas estruturas para armazenamento, entre outras. 

O Projeto Folding@home 

Os vírus têm proteínas que eles usam para suprimir nosso sistema imunológico e se reproduzir. Para ajudar a combater o nono coronavírus, os pesquisadores querem entender como essas proteínas virais funcionam e como projetar terapias para detê-las. 

O domínio de ligação ao receptor (RBD, na sigla em inglês) do vírus SARS-CoV-2 com o receptor humano ACE2 [10.1126/science.abb2507, 10.1371/journal.ppat.1007236]

A especialidade do Folding@home é usar simulações de computador para entender as partes móveis das proteínas. Observar como os átomos de uma proteína se movem um em relação ao outro é importante porque captura informações valiosas inacessíveis por qualquer outro meio. 

Tomando as estruturas experimentais como pontos de partida, o Folding@home pode simular como todos os átomos da proteína se movem, preenchendo efetivamente o restante das experiências que faltam. Fazer isso pode revelar novas oportunidades terapêuticas. 

Em um artigo científico recentemente publicado, o Folding@home simulou uma proteína do vírus Ebola que normalmente é considerada indecifrável, porque os instantâneos de experimentos não possuem sites óbvios de drogas. Mas as simulações descobriram uma estrutura alternativa que possui um alvo druggable (termo em Inglês que define alvos moleculares que são inibidos por moléculas com características de fármacos). Os experimentos que se seguiram confirmaram a previsão computacional e agora há uma pesquisa por medicamentos que ligam esse site de ligação recém-descoberto. 

O Folding@home procura fazer o mesmo com o SARS-CoV-2. Em 10 de março, “após o controle de qualidade inicial e a fase limitada de testes, a equipe do Folding@home lançou um conjunto inicial de projetos simulando alvos de proteínas potencialmente ‘drogáveis’ do SARS-CoV-2 e do vírus relacionado SARS-CoV, para o qual há mais dados estruturais disponíveis, em plena produção”, segundo John Chodera, químico computacional no Folding@home. 

“Essa onda inicial de projetos concentra-se em entender melhor como esses coronavírus interagem com o receptor ACE2 humano necessário para a entrada viral nas células hospedeiras humanas e como os pesquisadores podem interferir com eles através do design de novos anticorpos terapêuticos ou pequenas moléculas que podem afetar a interação deles”, explicou Chodera. 

Fonte: Socientífica

Cristiane Tavolaro

Sou física, professora e pesquisadora do departamento de física da PUC-SP. Trabalho com Ensino de Física, atuando principalmente em ensino de física moderna, ótica física, acústica e novas tecnologias para o ensino de física. Sou membro fundadora do GoPEF - Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da PUC-SP e co-autora do livro paradidático Física Moderna Experimental, editado pela Manole.

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