Combate mortal: vencendo o vírus da gripe com placas de vídeo

Um toque moderno em um método de combate da Segunda Guerra Mundial está ajudando na luta contra o vírus mortal do ebola e pode ajudar a evitar uma catastrófica pandemia de gripe.

Eric Jakobsson, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign e do National Center for Supercomputing Applications (NCSA, Centro Nacional para Aplicações de Supercomputadores), e Amir Barati Farimani, da Universidade de Stanford, buscaram inspiração na Blitz e nas armas de defesa antiaérea que protegiam Londres dos aviões de guerra alemães com padrões aleatórios de tiro automático. Os pesquisadores usaram algoritmos estocásticos similares, com o auxílio de placas de vídeo, para desenvolver múltiplos modelos moleculares simulados que preveem quais anticorpos podem combater melhor determinadas estirpes do ebola.

Acompanhar a evolução do ebola, que sofre mutações a cada três ou quatro anos, é difícil. Tentar vencer o influenza, o vírus da gripe, que sofre mutações a cada três ou quatro meses, é outra história. Mesmo assim, é esse o desafio que a equipe de pesquisa pretende encarar depois do ebola.

Blast from the past: Randomized anti-aircraft firing patterns have inspired molecular simulation research.
Explosão do passado: padrões aleatórios de defesa antiaérea inspiraram pesquisa de simulação molecular.

“Sabemos que, se continuarmos no caminho que estamos, um dia teremos uma pandemia de gripe que matará milhões de pessoas. É inevitável”, diz Jakobsson.

“Chegará o momento em que o vírus sofrerá uma mutação que nós não podemos prever”, afirma. “Esperamos que os métodos que desenvolvemos para o ebola possam ser aplicados ao vírus da gripe para responder com rapidez suficiente a uma nova estirpe super virulenta.”

Jakobsson e Farimani, colegas de pesquisa no pós-doutorado em química em Stanford, começaram a combater o ebola com uma combinação de história e tecnologia. Com a estratégia oferecida pela história da Segunda Guerra Mundial, eles recorreram ao supercomputador da NCSA Blue Waters, aceleradores de placas de vídeo NVIDIA Tesla K20X, para executar as simulações moleculares de Farimani.

Acelerando a pesquisa sobre o vírus da gripe

Normalmente, seriam necessários de 10 a 15 anos e milhares de pessoas para encontrar um anticorpo para combater o ebola, pois os pesquisadores da área da medicina teriam que esperar e observar as reações em cobaias humanas.

Ao emular esse processo em simulações no Blue Waters e com a aplicação de bioinformática e uma profunda análise de dados, Jakobsson e Farimani conseguiram encurtar o processo de criação de anticorpos efetivos contra o ebola.

Os pesquisadores executaram milhares de simulações, cada uma exigindo de 24 a 48 horas de tempo de computação. Por fim, eles previram o movimento das estirpes modeladas do ebola por aproximadamente dois anos no futuro.

“Isso nos dá um grande espaço para projetar a próxima geração de anticorpos para contra-atacar o vírus”, disse Farimani.

“Se as simulações tivessem sido executadas em CPUs, teriam levado 100 vezes mais tempo”, afirmou Farimani. É esse desempenho superior que torna a abordagem centrada em placas de vídeo a mais simples para solucionar o problema.

“Isso nos dá a oportunidade de tentar cada vez mais”, disse Jakobsson. “Por isso as placas de vídeo são incríveis.”

A rapidez de resposta pode ser diferente

“À medida que a equipe trabalha para estar à frente do vírus da gripe, as demandas de computação aumentarão, gerando a necessidade do uso de machine lerning e deep learning”, disse Jakobsson.

“A maior parte dos tipos de gripe causa sintomas relativamente fracos e poucas pessoas morrem; mesmo assim, há potencial para uma pandemia terrível”, afirmou Jakobsson. “Queremos ajudar a humanidade a estar preparada para enfrentar isso.”

Jakobsson e Farimani estão preparando um artigo científico que ilustrará como seu trabalho é uma amostra da promessa do projeto por computação de anticorpos para reduzir o número de tentativas e erros e permitir respostas mais rápidas. Quando uma forma realmente virulenta do influenza se formar, dizem eles, a capacidade de responder prontamente será essencial.

Créditos da imagem: NIAID

Histórias semelhantes