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La supercomputación, esencial para frenar la pandemia: el ejemplo del BSC

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Supercomputacion-covid

El Centro Nacional de Supercomputación, ubicado en Barcelona, es un buen ejemplo de la relevancia de los superordenadores, como MareNostrum. El centro está utilizando la bioinformática, la inteligencia artificial y la capacidad de cálculo del superocomputador para hacer frente a este problema mundial.

 

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Desde que se inició la crisis sanitaria, el sector tecnológico ha dado muestras de su implicación para frenar el coronavirus mediante la puesta en marcha de iniciativas solidarias para Gobiernos y empresas o la colaboración en el desarrollo de soluciones digitales de respuesta.

En algunos de nuestros reportajes sobre este tema se informaba de algunas iniciativas que, a través de la supercomputación, están acelerando las investigaciones de la comunidad científica, y hoy personificamos esa contribución en la labor que está realizando el Centro Nacional de Supercomputación, utilizando la bioinformática para buscar tratamientos, la inteligencia artificial para analizar datos sobre su propagación y su capacidad de cálculo de MareNostrum 4 para combatirlo

La bioinformática está siendo fundamental para investigar sobre el virus y sus tratamientos ya que, como señalan desde el BSC, ayuda a analizar “el genoma del coronavirus y sus sucesivas mutaciones, y para la búsqueda de fármacos y terapias inmunitarias (anticuerpos y vacunas)”.

Por una parte, la genómica ayuda a comprender la evolución del virus y cómo ha podido pasar de una especie a otra y qué cambios tiene que experimentar para llegar a hacerlo, sus forma de transmisión o los mecanismos que utiliza para interactuar con nuestro sistema de defensas o el de otras especies animales. “Esta resulta crucial a la hora de buscar tratamientos y para la prevención y predicción de brotes futuros”, explican.

La información se analiza con programas informáticos diseñados expresamente para ello, algunos desarrollados en el propio BSC y otra parte por otros equipos. El proceso de estos datos requiere gran capacidad de cálculo y por ello se utilizan los recursos de computación de altas prestaciones del MareNostrum 4.

Por otra parte, la supercomputación es útil en la búsqueda de tratamientos porque permite hacer simulaciones informáticas que reproducen las posibles vías por las que se puede atacar el virus, y esta información sirve para fabricar vacunas, tratamientos con anticuerpos o tratamientos con fármacos.

“Para ello, se utiliza como base el conocimiento generado en la investigación del genoma del virus, información sobre las estructuras de sus proteínas del virus y datos sobre fármacos y otras moléculas inorgánicas, que están almacenadas en librerías informáticas en las que se pueden encontrar millones de compuestos químicos, generados durante años y anotados con los resultados obtenidos en experimentos anteriores”, subraya el centro.

Este trabajo es muy útil para acelerar el proceso de encontrar y validar tratamientos y vacunas para enfermedades, puesto que recorta en gran medida el tiempo y la inversión necesarios para la primera fase de esta investigación. Para realizarlo, los investigadores del BSC utilizan diferentes programas informáticos, entre ellos PELE, un método desarrollado en el centro, que es uno de los sistemas más competitivos del mercado en este sector. Este software y la potencia del superodenador MareNostrum 4 permiten realizar miles de experimentos computacionales optimizando la unión de fármacos y proteínas de una manera rápida y efectiva.

En el BSC, la investigación sobre el virus y sus posibles tratamientos se desarrolla en estrecha colaboración entre los grupos de Alfonso Valencia, investigador ICREA, director del Departamento de Ciencias de la Vida del BSC y líder del grupo de biología computacional, Víctor Guallar, también investigador ICREA y responsable del equipo de Modelado electrónico y atómico de proteínas y máximo impulsor del software PELE y Toni Gabaldón, investigador ICREA y responsable del grupo de Genómica comparada. Todos ellos trabajan en cooperación con el equipo de sistemas del BSC, que les garantiza los recursos computacionales necesarios.

Actualmente dos son los proyectos que canalizan la investigación que se lleva a cabo en el centro sobre el coronavirus y sus posibles tratamientos: EXSCALATE4CoV (E4C), financiado por la Comisión Europea en el marco del programa H2020, y un proyecto de colaboración con los centros de investigación IrsiCaixa y CreSa-IRTA. El primero pone más énfasis en la investigación básica y aplicada para la búsqueda de fármacos, mientras que la colaboración con IrsiCaixa y CreSa está más centrada en la búsqueda de terapias inmunológicas apoyada en la investigación genómica y las herramientas bioinformáticas.

Inteligencia artificial
En el ámbito de proyectos de inteligencia artificial, un grupo de investigación del BSC colabora en varios proyectos. Por una parte, con UNICEF e IBM en una iniciativa que pretende analizar el impacto socio-económico del virus de manera local y global y, por otra, con investigadores mexicanos y otros investigadores del centro en la creación de un sistema de recogida y análisis de datos, para ayudar en la toma de decisiones para hacer frente al coronavirus.

Además, el servicio de apoyo al usuario del BSC está ayudando al Gobierno de España y el catalán en el cribado de contratos públicos de compra para localizar material sanitario (especialmente respiradores) adquiridos por centros que no se dedican a la atención sanitaria y que puedan ser susceptibles de ser trasladados a centros de salud. “En total se han cribado más de 850.000 documentos con tecnologías de big data y el servicio sigue abierto”, asegura el BSC.

Desde su grupo de Social Link Analytics se está coordinando un proyecto interno para seguir analizar los tuits publicados en España sobre el Covid-19 para conocer la evolución del sentimiento de la ciudadanía. Además, colabora en otro, liderado por la Universidad de Navarra, que investiga las dinámicas de difusión en redes sociales de noticias falsas sobre salud en España, cuyo propósito es comprender los mecanismos de su difusión, con el fin de desarrollar y divulgar pautas que sirvan para contrarrestar ese fenómeno.

Otros proyectos reseñables son la colaboración con el Hospital Universitario 12 de Octubre y con el Hospital Clínic Barcelona para desarrollar metodologías con procesamiento de lenguaje natural para el análisis de informes clínicos de afectados por el coronavirus, y la cooperación en la adaptación del simulador de enfermedades infecciosas ‘Epigraph', a las características del nuevo coronavirus para simular la propagación de la actual pandemia en España.

Finalmente, aparte de para las investigaciones propias, el supercomputador MareNostrum 4 está a disposición del resto de la comunidad científica.