計算服務，探尋生物領域的“紅桃皇后理論”

中科曙光

“在我們這得拼命奔跑，才能保持在原地。要是想要到別的地方，得再快一倍才行”。

上文來自Lewis Carroll的文學作品《愛麗絲夢遊仙境》，講的是愛麗斯和紅桃皇后一同出發，但不久之後發現他們處在與先前一模一樣的起點上。

生物學家Leigh Van Valen在1973年也源於此提出了“紅桃皇后理論”。其本質觀點可以理解為，生物系統在長期動態平衡中實現演化創新。例如， 病毒不斷演化出更強的感染力，而宿主則不斷演化出更強的免疫能力，二者都在不斷演化創新，不斷形成新的平衡。

從結構角度理解協同演化，計算需求加碼

COVID-19冠狀病毒疫情於2019年底爆發，並於2020年初席卷全球。而在這之前已有其它六種冠狀病毒感染少數宿主，包括人類和禽類其中4種已在人群中傳播。

在數十億年的演化過程中，病毒和宿主正是以紅桃皇后理論的方式相互作用而實現協同演化，其爆發還沒有確切的時間和地點，且病毒中間宿主尚未明確。

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這種紅桃皇后理論方式的相互作用和協同演化給研究也帶來極大的挑戰，也推動了從結構角度理解協同演化新算法的開發，其中分析大量基因組數據、鑒定正選擇關鍵位點及動力學模擬等都需要消耗大量算力。

曙光計算，探尋協同演化信號

研究病毒-宿主相互作用基因中的協調演化信號，對於理解其演化歷史、尋找中間宿主和預防冠狀病毒的爆發具有重要研究意義。近日，基於曙光提供的計算支撐，基因組學中心團隊將利用分子動力學模擬分析預測新冠病毒不同株系對不同人類群體的感染能力。

根據紅桃皇后理論，該團隊提出了一種新方法來探索病毒與宿主間的協調進化。通過分析病毒-宿主相互作用基因中的正選擇位點，利用可信度較高的一種蛋白質結構建模方法——同源建模，對病毒S蛋白受體結合域（RBD）-宿主ACE2複合物進行分子動力學模擬以預測其結合能，探索其結合的方式與緊密程度。

簡單來說，這個思路為研究病毒和宿主之間的協同演化、探索病毒的潛在中間宿主提供了一條可行的途徑。

計算與生命科學領域研究共同成長

在生命科學領域，蛋白質分析、基因測序、分子動力學、輔助藥物設計、醫療影像等，均對計算有著龐大需求。而這些需求也推動了計算行業、服務模式的不斷成熟。

7月，中科曙光推出算力基礎設施和公共計算服務平台——計算服務。通過鏈接遍布全國的數據中心算力資源，實現算力互通互聯，進行統一調度管理，按需按量為用戶提供計算、應用、數據、調優、咨詢、運營、運維等的一站式服務。為生命科學等對計算有著龐大需求的領域，提供像“自來水”一樣即開即用的海量算力。

曙光計算服務可提供多核計算節點，保障單核多線程程序快速運行；SSD 存儲資源，保障高 IOPS 程序穩定運行。同時可為生信企業提供數據共享服務，也可提供API整合到企業自有平台。