Supercomputador para desvendar mistérios moleculares

Uma equipe de cientistas e engenheiros financiada pela iniciativa privada está próxima da conclusão do projeto de um supercomputador para uso específico, que deverá oferecer um desempenho mais de mil vezes melhor em simulações moleculares complexas.

New York Times |

Uma equipe de cientistas e engenheiros financiada pela iniciativa privada está próxima da conclusão do projeto de um supercomputador para uso específico, que deverá oferecer um desempenho mais de mil vezes melhor em simulações moleculares complexas.

A máquina, chamada Anton, em homenagem a Anton van Leeuwenhoek, um pioneiro em microbiologia, é uma aposta audaciosa para dar um salto de cinco anos adiante dos mais poderosos supercomputadores de uso geral.

Anton poderá ser usado para investigar problemas de grande interesse científico, como a dobra de moléculas de proteína, e para a criação de remédios baseados na atividade biológica simulada de diferentes moléculas.

O esforço está sendo liderado por David E. Shaw, um cientista da computação bilionário. Na década de noventa, Shaw foi um dos membros mais bem sucedidos de um grupo de tecnologistas de elite em busca de estratégias baseadas em computação para operar no mercado de ações em Wall Street.

Muitos anos atrás, Shaw, que também é um investidor majoritário da Schrdinger, empresa fabricante de software para simulações químicas, afastou-se da administração de sua firma de investimentos, a D.E. Shaw & Co. Hoje ele é o cientista-chefe da D.E. Shaw Research.

O novo supercomputador, planejado para entrar em operação até o final deste ano, foi descrito em um artigo técnico na última edição da "Communications of the Association for Computing Machinery", uma publicação do setor.

Anton é massivamente paralelo, com 517 processadores especializados trabalhando simultaneamente. Os processadores são chamados de circuitos integrados de aplicativos específicos, e neste caso sua especialidade é o cálculo das características tridimensionais de moléculas. Apesar da publicação de uma descrição técnica detalhada de seu computador, Shaw recusou ser entrevistado sobre o projeto. Porém, nesta etapa de nossa pesquisa estamos tentando comunicar nossos resultados amplamente, através de conferências acadêmicas e publicações revisadas por colegas em periódicos científicos, ele escreveu em um email.

A experiência no uso de supercomputadores para modelar interações moleculares já vem sendo feita por mais de uma década, mas esta área ainda está começando. Simulações de processos - como a dobra de proteínas em estruturas tridimensionais ou as interações de proteínas entre si, ou ainda entre uma proteína e uma molécula de remédio - mantêm a promessa de avanços na ciência e no desenvolvimento de medicamentos.

Entretanto, cada simulação precisa ser validada por cientistas experimentais em uma estrutura laboratorial. Por isso, uma das principais vantagens de aumentar a velocidade em simulações que hoje levam milhares de horas nos supercomputadores mais rápidos é acelerar o tempo para o laboratório.

Cientistas dizem que o valor real de Anton pode não ser conhecido até que seja descoberto o que a máquina pode fazer. Somente depois que Anton van Leeuwenhoek utilizou seu microscópio é que ele viu protozoários na água de lagos, disse Roger Brent, diretor do Instituto de Ciências Moleculares, um laboratório de pesquisa independente em Berkeley, Califórnia.

O novo supercomputador se destaca frente a outras ferramentas de computação da dinâmica molecular, como o BlueGene/L da IBM e o projeto de computação Stanford Folding(AT), onde a máquina é projetada para simular um conjunto muito limitado de problemas em processos biológicos que ocorrem em um milésimo de segundo ou mais. Simulações moleculares agora são feitas como uma série de intervalos minúsculos, que podem ser curtos como um milionésimo de um bilionésimo de segundo, e podem durar não mais do que um microssegundo, ou um milionésimo de um segundo.

Ao analisar tabelas de tempo que duram muito mais em magnitude do que as simulações atuais, a equipe do Anton espera descobrir novos tipos de processos biológicos que não seriam observáveis de outra maneira. Se você pode fazer isso durar 1.000 vezes mais, as proteínas reais entram no jogo, disse Shaw em uma palestra técnica em 2006 em Stanford, descrevendo seu trabalho.

Muitos cientistas que hoje utilizam supercomputadores de uso geral dizem estar ansiosos para ver se Anton produzirá resultados efetivos.

Ele está dando um grande passo com este projeto, disse Benoit Roux, um biofísico da Universidade de Chicago. Roux dissse que seu grupo de pesquisa estava usando um supercomputador BLueGene/L no Laboratório Nacional de Argonne para simular o comportamento de canais de potássio em neurônios. O grupo tem uma concessão de três anos do Departamento de Energia para usar a máquina, e realizará simulações continuadamente, muitas vezes utilizando mais de 50% dos processadores do supercomputador, disse ele. Anton seria menos flexível que seu sistema atual, mas ofereceria um valioso acelerador de força bruta, afirmou Roux.

Vijay Pande, o diretor do projeto Folding(AT) em Stanford, que computa seus problemas distribuindo partes do trabalho pela internet para processadores gráficos nos computadores de voluntários, disse que seu grupo havia conversado sobre compartilhar pesquisas com o laboratório Shaw. Ele apontou que ambas as abordagens tinham prós e contras e eram potencialmente complementares.

Anton, segundo Pande, é uma abordagem sofisticada de força bruta usando um poder enorme de maneiras inteligentes. O que ainda não foi provado é se Shaw conseguirá concluir seu projeto com a rapidez necessária para manter-se à frente do ritmo de computação da Lei de Moore, que está sendo determinado por tecnologias eletrônicas mais acessíveis ao consumidor.

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