Dispositivo gigante para mistérios moleculares

Um time de cientistas e engenheiros financiado pela iniciativa privada está próximo de completar um supercomputador projetado com um objetivo específico, que deverá oferecer um desempenho mais de mil vezes melhor em simulações moleculares complexas.

The New York Times |

A máquina, chamada Anton em homenagem a Anton van Leeuwenhoek, um pioneiro em microbiologia, é a aposta mais audaciosa dos últimos cinco anos para ultrapassar os mais poderosos supercomputadores.

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

O esforço está sendo liderado por David E. Shaw, um bilionário cientista de computadores. Nos anos 90, Shaw foi um dos mais bem sucedidos de um grupo de elite em busca de estratégias de compra e venda de ações ¿ baseadas em computador ¿ em Wall Street. Muitos anos atrás, Shaw, que também é um investidor majoritário da Schrdinger, uma firma de software para simulações químicas, abandonou a 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 estar operando no 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 uma entrevista sobre o projeto. Nesta etapa de nossa pesquisa, porém, estamos tentando comunicar amplamente nossos resultados, através de conversas acadêmicas e publicações em periódicos científicos, ele escreveu em um email.

A experimentação no uso de supercomputadores para modelar interações moleculares já vem sendo feita por mais de uma década, mas o campo ainda está engatinhando. Simulações de processos como a dobra de proteínas em estruturas tridimensionais ou as interações entre proteínas ou 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 real valor de Anton pode não ser conhecido até que se descubra o que a máquina pode fazer. Somente depois que Anton van Leeuwenhoek utilizou seu microscópio é que ele viu protozoários na água de lagos, diz 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 molecular dinâmica, como o BlueGene/L da IBM e o projeto de computação distribuída Stanford Folding(AT)home, onde a máquina é projetada para simular um estreito grupo de problemas em processos biológicos que ocorrem em um milésimo de segundo ou mais. Simulações moleculares agora são feitas como uma série de minúsculos intervalos que podem ser curtos como um milionésimo de um bilionésimo de segundo, e pode durar não mais do que um microssegundo, ou um milionésimo de um segundo.

Ao analisar escalas de tempo que duram muito mais em magnitude do que as simulações atuais, o time de 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 entram no jogo, disse Shaw em uma palestra técnica de 2006 em Stanford, descrevendo seu trabalho.

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

Ele está dando um grande passo, diz Benoit Roux, um biofísico da Universidade de Chicago. Roux diz que seu grupo de pesquisa estava usando um 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, diz ele. Anton seria menos flexível que seu sistema atual, mas ofereceria um valioso acelerador de força bruta, segundo Roux.

Vijay Pande, o diretor em Stanford do projeto Folding(AT)home, que computa seus problemas distribuindo porções do trabalho pela internet a processadores gráficos nos computadores de voluntários, diz 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, oferece uma abordagem sofisticada de força bruta usando um enorme poder de maneira inteligente. O que ainda não foi provado é se Shaw conseguirá terminar seu projeto com a rapidez necessária para manter-se à frente do ritmo de cálculo da Lei de Moore, que está sendo determinado pelas tecnologias eletrônicas mais acessíveis ao consumidor.

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