Los científicos y los investigadores de la salud, una vez limitados por
la cantidad de muestras que podrían estudiarse en un laboratorio húmedo, o la
calidad de los microscopios para mirar dentro de las células, están
aprovechando poderosas herramientas computacionales para extraer conocimientos
de un tesoro de datos biológicos en constante crecimiento.
Respaldar esta revolución de la biología digital es una combinación de
sistemas informáticos de alto rendimiento y marcos de software de dominio
específico.
Dos supercomputadoras que figuran en el ranking TOP500 de los sistemas
más potentes anunciados hoy, Cambridge-1, centrado en la salud de NVIDIA, y
BioHive-1 de la empresa de biotecnología Recursion, se basan en la arquitectura
de referencia NVIDIA DGX SuperPOD .
Y las instituciones de investigación médica, las empresas farmacéuticas
y las nuevas empresas biotecnológicas de todo el mundo utilizan NVIDIA Clara
Parabricks , un conjunto de bibliotecas genómicas y aplicaciones de referencia,
para impulsar los flujos de trabajo de secuenciación de próxima generación.
Mingma Biotechnology, con sede en Shanghai, se convirtió este mes en el
primer laboratorio de investigación en China en lanzar Clara Parabricks
Pipelines para respaldar su trabajo en medicina de precisión. Esto sigue a las
iniciativas de genómica a gran escala implementadas en Tailandia y Japón este
año. Y la startup de terapia génica Greffex adoptó recientemente Parabricks
Pipelines para acelerar su proyecto de desarrollar una vacuna universal contra
la influenza.
Identificación de conocimientos genómicos para estudios de población
Parabricks Pipelines acelera los proyectos basados en ADN y ARN hasta
50 veces en las GPU NVIDIA, lo que permite a los científicos extraer tanta
información útil como sea posible de los cientos de terabytes de datos de
instrumentos generados a diario. Esta aceleración es especialmente poderosa
para las instituciones de salud pública y los laboratorios de investigación que
realizan estudios de población con decenas de miles de genomas para analizar.
Mingma Biotechnology adoptó Parabricks Pipelines y las GPU NVIDIA T4
Tensor Core para acelerar su trabajo en secuenciación y análisis de datos
multi-ómicos. La empresa proporciona a las instituciones médicas, las empresas
farmacéuticas y los investigadores conocimientos genómicos para la
investigación de enfermedades y el desarrollo de fármacos.
En el Biobanco Nacional de Tailandia, un sistema NVIDIA DGX A100 está
impulsando Genomics Thailand, una iniciativa para introducir la medicina
genómica como un servicio de atención médica común en el país. La institución
de investigación está utilizando Parabricks Pipelines para analizar las
variaciones genéticas de los datos de secuenciación del genoma completo de
50.000 voluntarios tailandeses.
El emparejamiento del sistema DGX con Parabricks Pipelines redujo el
tiempo de procesamiento de datos del genoma completo del proyecto en cuatro
meses. Los conocimientos de este trabajo ayudarán a los investigadores a
analizar mejor la variación genética específica de la población tailandesa.
Y en Japón, el Centro del Genoma Humano de la Universidad de Tokio
lanzó recientemente SHIROKANE, la supercomputadora más rápida del país para las
ciencias de la vida. El sistema impulsado por DGX A100 está ejecutando
Parabricks Pipelines para secuenciar genomas completos de 92,000 pacientes,
creando una base de datos que es fundamental para los esfuerzos de medicina de
precisión para el cáncer y las enfermedades intratables .
Impulsar la secuenciación clínica, el descubrimiento de fármacos
El conjunto de herramientas genéticas Parabricks Pipelines se puede
configurar para satisfacer las necesidades específicas de cada laboratorio. Los
investigadores ejecutan cargas de trabajo de Parabricks Pipelines en sistemas
de GPU NVIDIA que van desde estaciones de trabajo de escritorio hasta nubes
aceleradas por GPU y algunas de las supercomputadoras más rápidas del mundo.
A las pocas semanas de comenzar con una estación de trabajo de ciencia
de datos NVIDIA RTX , Greffex, con sede en Houston, está utilizando Parabricks
Pipelines y NVIDIA Clara Discovery para avanzar en sus esfuerzos por
desarrollar una vacuna universal contra la gripe.
La puesta en marcha utiliza una combinación de secuenciación genómica,
herramientas de dinámica molecular e investigación de laboratorio húmedo para
estudiar cómo evolucionan las cepas de influenza con el tiempo y cómo estas
mutaciones afectan la eficacia de la vacuna.
Para monitorear los cambios en la gripe, Greffex recopila decenas de
miles de genomas de la gripe de todo el mundo y ejecuta alineaciones de
secuencia masivas en las GPU NVIDIA RTX 8000 para identificar dónde está
cambiando el código genético del virus. La ejecución de cargas de trabajo
genómicas en GPU le ahorra a la empresa hasta 13 horas por muestra, al tiempo
que permite a su equipo volver a ejecutar muestras con diferentes parámetros
para ajustar los resultados de la alineación.
Los científicos de Greffex ejecutan simulaciones de dinámica molecular
intensivas en computación de la hemaglutinina, una proteína en la superficie de
los virus de la influenza, para ver cómo se comporta en un entorno natural.
Una vez que se identifican las variantes genéticas, los científicos de
Greffex utilizan la dinámica molecular para visualizar cómo estos cambios
genéticos alteran la forma física del virus de la gripe. Están en busca de
mutaciones divergentes, donde el virus de la gripe puede transformarse en una
forma que no se une tan bien a los anticuerpos inducidos por la vacuna.
“Es un proceso muy largo y costoso optimizar la estructura de la
proteína para una vacuna que se une no solo a la cepa de gripe actual, sino a
un montón de otras cepas”, dijo Daniel Preston, científico bioinformático de
Greffex. “Con los métodos computacionales, podemos tener una idea de lo que
probablemente funcionará antes de realizar pruebas en laboratorios del mundo
real. Es como usar un bisturí en lugar de usar un martillo ".
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