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浪潮专家解读:HPC如何协助解析新型冠状病毒基

作者:admin 时间:2020-08-10

在不知道病毒以 不明原因肺炎 进入大众视界时,科研人员现已开端测验破译病毒的基因数据。病毒基因组,是病毒的生命暗码。借助于分子生物技能,病原学专家经过对病毒标本进行测定,这样的破译,最早在2020年1月2日就已完结。随后,中科院武汉病毒所、我国疾控中心病毒所、上海市公共卫生临床中心别离于1月2日、1月3日、1月5日清晨,取得病毒全基因组序列。

那么,病毒基因究竟是怎么被一步步解析的?这其间高功能核算渠道又起到什么样的效果?来看看浪潮生命科学职业计划专家的解读。

Q:能否举比方介绍一下新冠病毒基因是怎么被测定和解析的?

现在,在获取病毒基因组序列方面,广泛运用高通量测序技能来完结,这种办法是将核酸序列打断成短片段进行测序,经过剖析软件将测得的短序列进行拼接拼装。关于新发病毒,在序列拼装进程中会面对更多难点,由于在测序深度、测序准确性、重复序列份额等方面没有可供参考的经验值,这就需求将海量的短序列复原出原始的基因组序列。在序列拼装中还可能会呈现测序过错,拼接的准确性和完整性不高,拼接难度更高。所以,解析新冠病毒序列,需求在建库、高通量测序、序列拼装、变异进化剖析等多个流程加以办理。

浪潮专家解读:HPC怎么帮忙解析新式冠状病毒基因组

新冠病毒序列拼装解决计划暗示

比方在建库环节中,对核酸含量高的样本进行rRNA去除再建库,进步有用数据占比;对核酸含量低的样本,直接进行RNA建库,削减核酸丢失,提高建库成功率,并加大测序深度。在测序环节选用更高效专心的测序仪,最终,经过病原判定体系对新冠病毒序列进行数据剖析并选用IDBA办法完结拼接。这样能够满意宏转录组测序病毒序列拼装对数据量的要求,确保序列信息的完整性。

咱们来复原一下某疾控中心收到的1例新冠病毒肺炎疑似样本,解析新式冠状病毒感染病例呼吸道标本宏转录组测序及病毒序列拼装的流程:

浪潮专家解读:HPC怎么帮忙解析新式冠状病毒基因组

病毒全基因组序列获取流程

首先是文库制备。针对核酸量不同的样本,选用不同的建库战略。经反转录、接头衔接、PCR扩增、纯化等一系列操作后取得文库产品,再运用滚环扩增技能,制备DNA纳米球。

第二步,上机测序。对病例的呼吸道标本进行高深度测序。

第三步,数据剖析。产出32Gb数据,总序列数318M。结合病原感染快速判定体系,判定出230万余条新式冠状病毒序列。

最终,拼接拼装。剖析软件会主动将230万条的新式冠状病毒序列从一切序列中抽出。运用拼接效率高的IDBA办法进行拼装,成功完结新式冠状病毒的序列拼装,取得基因组序列。

Q:在冠状病毒解析进程中,HPC渠道起到了那些效果?

在寻觅病毒来历、获悉病毒结构、挑选抗毒小分子方面HPC算力都发挥了重要的效果。例如在病毒剖析范畴常用的冷冻电镜三维重构技能,在低温环境下运用透射电子显微镜对样品进行成像,再经图画处理和重构核算取得样品的三维结构。在整个流程中,数据收集、图画处理、三维重构是十分中心的三个进程,对核算和存储的需求十分高。病毒颗粒结构的解析,其电镜图画的数据量可高达数TB,且病毒颗粒相对蛋白质颗粒要大得多,在核算上单一进程就需求128GB的内存,那么一台核算节点就需求至少4TB的内存支撑。在算法上,根据中心截面定理的重构进程依靠很多的单精度或双精度快速傅里叶核算,需求海量算力资源来支撑。

在实践运用上,中科院生物物理所与浪潮-Intel我国并行核算联合实验室协作展开的根据MIC异构架构电子断层三维重构技能运用研讨。研讨团队共同开发了ET的MIC单机单卡和单机多卡异构高功能集群解决计划,大幅降低了核算时刻。实践测试数据显现,单机单卡与串行程序比较功能提高25倍,单机多卡版别与串行程序比较功能提高74倍。

Q:本次疫情将关于HPC在病毒研讨范畴的运用发生哪些影响

在抗疫的存亡竞速的赛场上,或许咱们算的快一点,咱们能救治的患者,能解救的生命就会多一点。

从短期来看,科技战疫正加快HPC在医疗范畴的广泛运用,本来运用HPC最多的是科研院所,在疫情期间医院、公共卫生防预等组织都开端运用HPC。

从长时间来看,疫情往后,会诞生各种新式的科学技能研讨和检测,这些新式的科学研讨对高功能核算有很高的需求,将促进HPC技能跨学科跨范畴的交融。

从更大的规模来看,疫情危机使我国以及全球的医疗信息化进程加快,能够斗胆的猜测,HPC将在全球病毒研讨范畴将会走向全面遍及。




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