Le coronavirus pousse la science moléculaire externalisée de Folding @ Home à des niveaux exaflop

Le programme de longue durée Folding @ Home, destiné à externaliser la tâche extrêmement complexe de résolution des interactions moléculaires, a franchi une étape importante alors que des milliers de nouveaux utilisateurs s’inscrivent pour mettre leur ordinateur au travail. Le réseau comprend désormais une «exaflop» de puissance de calcul: 1 000 000 000 000 000 000 d’opérations par seconde.

Folding @ Home a commencé il y a environ 20 ans comme un moyen – alors nouveau et lancé par le SETI @ Home maintenant en hibernation – de résoudre les problèmes de calcul et de les répartir entre les individus pour exécution. Il s’agit d’un supercalculateur grossier distribué dans le monde entier, et bien qu’il ne soit pas aussi efficace qu’un «vrai» supercalculateur pour faire exploser des calculs, il peut permettre de résoudre rapidement des problèmes complexes.

Le problème en question abordé par cet outil (administré par un groupe de l’Université de Washington à St. Louis) est celui du repliement des protéines. Les protéines sont l’une des nombreuses structures chimiques qui font fonctionner notre biologie, et elles vont de petites molécules relativement bien comprises à des molécules vraiment énormes.

La chose à propos des protéines est qu’elles changent de forme en fonction des conditions – température, pH, présence ou absence d’autres molécules. Ce changement de forme est souvent ce qui les rend utiles – par exemple, une protéine kinésine change de forme comme une paire de jambes prenant des mesures pour transporter une charge utile à travers une cellule. Une autre protéine comme un canal ionique ne s’ouvrira pour laisser passer des atomes chargés que si une autre protéine est présente, qui s’y adapte comme une clé dans une serrure.

Crédits image: Voelz et al

Certains de ces changements, ou convolutions, sont bien documentés, mais la plupart sont de loin totalement inconnus. Mais grâce à une simulation robuste des molécules et de leur environnement, nous pouvons découvrir de nouvelles informations sur les protéines qui peuvent conduire à des découvertes importantes. Par exemple, si vous pouviez montrer qu’une fois ce canal ionique ouvert, une autre protéine pourrait le verrouiller de cette façon plus longtemps que d’habitude, ou le fermer rapidement? Trouver ce genre d’opportunités est ce qu’est ce genre de science moléculaire.

Malheureusement, c’est aussi extrêmement coûteux en calcul. Ces interactions inter- et intramoléculaires sont le genre de choses que les superordinateurs peuvent broyer sans fin pour couvrir toutes les possibilités. Il y a 20 ans, les superordinateurs étaient beaucoup plus rares qu’ils ne le sont aujourd’hui, alors Folding @ Home a commencé comme un moyen de faire ce type de charge informatique lourde sans acheter une configuration Cray de 500 millions de dollars.

Le programme a évolué tout au long du processus et a probablement reçu un coup de pouce lorsque SETI @ Home l’a recommandé comme alternative à ses nombreux utilisateurs. Mais la crise des coronavirus a rendu l’idée de contribuer ses ressources à une cause plus importante très attrayante, et en tant que telle, il y a eu une énorme augmentation du nombre d’utilisateurs – à tel point que les serveurs ont du mal à résoudre les problèmes que les ordinateurs de chacun doivent résoudre.

Exemples de protéines liées à COVID-19 comme visualisé par Folding @ Home.

Le jalon qu’il célèbre est la réalisation d’une exaflop de puissance de traitement, qui est, je crois, un sextillion (un milliard de milliards) d’opérations par seconde. Une opération est une opération logique, comme AND ou NOR, et plusieurs d’entre elles forment ensemble des expressions mathématiques, qui finissent par s’additionner à des choses utiles comme dire «à des températures supérieures à 38 degrés Celsius, cette protéine se déforme pour permettre à un médicament de se lier à ce site et le désactiver. « 

L’informatique exascale est le prochain objectif des supercalculateurs; Intel et Cray construisent des ordinateurs exascale pour les laboratoires nationaux qui devraient être mis en ligne au cours des deux prochaines années – mais les superordinateurs les plus rapides disponibles aujourd’hui fonctionnent à une échelle de centaines de pétaflops, soit environ la moitié à un tiers de la vitesse d’un exaflop.

Intel et Argonne National Lab sur «exascale» et leur nouveau supercalculateur Aurora

Naturellement, ces deux choses ne sont pas directement comparables – Folding @ Home rassemble la valeur de la puissance de calcul d’un exaflop, mais il ne fonctionne pas comme une seule unité travaillant sur un seul problème, car les systèmes exascale sont conçus pour. L’étiquette exa est là pour donner une idée de l’échelle.

Ce type d’analyse conduira-t-il à des traitements contre les coronavirus? Peut-être plus tard, mais presque certainement pas dans un avenir immédiat. La protéomique est une «recherche fondamentale» en ce sens qu’elle vise à mieux comprendre le monde qui nous entoure (et en nous) – point final.

COVID-19 (comme Parkinson, Alzheimer, ALS et autres) n’est pas un problème unique, mais un grand ensemble d’inconnues mal bornées; Son protéome et ses interactions connexes font partie de cet ensemble. Il ne s’agit pas de tomber sur une balle magique mais de jeter les bases d’une compréhension afin que, lorsque nous évaluons des solutions potentielles, nous puissions choisir la bonne, même un pour cent plus rapidement, car nous savons que cette molécule dans cette la situation agit comme donc.

Comme le projet l’a noté dans un article de blog annonçant la publication de travaux liés aux coronavirus:

Cette première vague de projets vise à mieux comprendre comment ces coronavirus interagissent avec le récepteur humain ACE2 requis pour l’entrée virale dans les cellules hôtes humaines, et comment les chercheurs pourraient être en mesure d’interférer avec eux par la conception de nouveaux anticorps thérapeutiques ou de petites molécules qui pourraient perturber leur interaction.

Si vous voulez aider, vous pouvez télécharger le client Folding @ Home et faire don de vos cycles CPU et GPU de rechange à la cause.

Traduit de l’anglais de https://techcrunch.com/2020/03/26/coronavirus-pushes-foldinghomes-crowdsourced-molecular-science-to-exaflop-levels/

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