Il direttore di IBM Research spiega come il consorzio di calcolo ad alte prestazioni COVID-19 si è riunito in pochi giorni
Come direttore di un’organizzazione di ricerca globale, mi sento obbligato a utilizzare tutte le risorse di scienza e tecnologia all’avanguardia a nostra disposizione per combattere questo flagello. Come padre, voglio una soluzione duratura, che serva non solo in questa crisi, ma la prossima. E, come americano e spagnolo, con la famiglia in due punti caldi, voglio aiutare. E ‘così semplice.
È iniziato con una telefonata alla Casa Bianca martedì 17 marzo, che si è rivelata un momento catalizzatore per l’industria, il mondo accademico e il governo per agire insieme. Questa è stata la stessa settimana in cui ho ricevuto notizie da mia madre che mio cugino in Spagna era risultato positivo al coronavirus. È un medico e, proprio come tutto lo staff medico di tutto il mondo in questo momento, è in prima linea nella lotta contro questa malattia. Questa lotta è personale per molti di noi.
COVID-19 è mortalmente serio. Questa malattia respiratoria è innescata da un virus della famiglia dei coronavirus, che è stato identificato negli anni ’60 ma non aveva mai fatto un tale assalto all’umanità. Il virus impedisce alle sue vittime di respirare normalmente, facendole sussultare ad ogni respiro. Seguono febbre, tosse, mal di gola e una sensazione di stanchezza travolgente e impotenza. I più fortunati si riprendono in pochi giorni; alcuni mostrano solo sintomi lievi o moderatamente gravi. Ma alcuni pazienti non sono così fortunati. Attraversando il corpo attraverso il corpo, il virus fa riempire i polmoni di liquido e può portare a una morte rapida. Nessuno è immune. Mentre gli anziani e quelli con condizioni di salute di base sono più a rischio, COVID-19 ha tolto la vita a persone di tutte le età, alcune in apparentemente in buona salute. La malattia sta mettendo in ginocchio il mondo come mai prima d’ora.
Ma siamo resilienti e stiamo combattendo con tutti gli strumenti che abbiamo, inclusi alcuni dei supercomputer più sofisticati che abbiamo mai costruito. Queste macchine – oltre 25 supercomputer basati negli Stati Uniti con oltre 400 petaflop di potenza di calcolo – sono ora disponibili gratuitamente per gli scienziati che cercano un vaccino o un trattamento contro il virus, attraverso il consorzio di calcolo ad alte prestazioni COVID-19.
È stato creato con il governo, il mondo accademico e l’industria, compresi i concorrenti, lavorando fianco a fianco. IBM sta co-guidando gli sforzi con il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, che gestisce i National Laboratories degli Stati Uniti. Google, Microsoft, Amazon e Hewlett Packard Enterprise hanno aderito, oltre alla NASA, la National Science Foundation, il Pittsburgh Supercomputing Center e sei National Labs: Lawrence Livermore, Lawrence Berkeley, Argonne, Los Alamos, Oak Ridge e Sandia e altri. E poi ci sono istituzioni accademiche, incluso il MIT, l’Istituto Politecnico di Rensselaer, l’Università del Texas, Austin, e l’Università della California, San Diego.
I supercomputer eseguiranno una miriade di calcoli in epidemiologia, bioinformatica e modellistica molecolare, nel tentativo di ridurre drasticamente i tempi di scoperta di nuove molecole che potrebbero portare a un vaccino. Dopo aver ricevuto proposte da tutto il mondo, abbiamo già esaminato, approvato e abbinato 15 progetti ai giusti supercomputer. Ne seguiranno altri.
Ma solo pochi giorni fa non esisteva nulla di tutto ciò.
Il 17 marzo ho chiamato Michael Kratsios, Chief Technology Officer del governo degli Stati Uniti. Abbracciando le potenzialità di un consorzio di supercomputer, ha immediatamente iniziato a mobilitare il suo team, tra cui Jake Taylor, assistente alla direzione della scienza dell’informazione quantistica presso la Casa Bianca della Scienza e della politica tecnologica. Jake ha chiamato i principali giocatori degli Stati Uniti che hanno computer ad alte prestazioni e li ha invitati a bordo. Dal lato IBM, Mike Rosenfield, il cui team ha progettato e costruito diverse generazioni di supercomputer leader nel mondo, ha collaborato con RPI, MIT e con i principali leader informatici degli Stati Uniti National Laboratories. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti è stato un partner fin dall’inizio, al centro di tutto.
Entro 24 ore dalla prima chiamata, i collaboratori hanno delineato cosa significava essere coinvolti. Abbiamo fatto un brainstorming su come comunicare ai laboratori di ricerca di tutto il mondo cosa potremmo offrire in termini di hardware, software ed esperti umani, e su come li indicheremmo a presentare proposte e ad abbinarle al giusto supercomputer.
Trascorsero quarantotto ore. Giovedì 19 marzo abbiamo istituito il comitato di revisione scientifica e il comitato di abbinamento informatico per gestire le proposte. Almeno una persona di ciascuno dei membri del consorzio ha dovuto partecipare al processo, agendo in modo equo e paritario. Da IBM, Ajay Royyuru si è unito al comitato di revisione del merito; è il leader della nostra ricerca nel settore sanitario e delle scienze della vita e insieme al suo team ha da tempo sviluppato nuove tecnologie per combattere il cancro e le malattie infettive.
Anche Ajay ha una partecipazione personale nella lotta contro COVID-19. A gennaio, suo padre anziano è deceduto a seguito di una malattia polmonare. Ajay condivide la sua casa con sua madre di 82 anni e si preoccupa di tenerla al sicuro da questo rischio, proprio come molti di noi si preoccupano dei nostri genitori. La sua famiglia allargata in India sta ora affrontando anche lo sviluppo della pandemia.
Il 22 marzo, meno di una settimana dopo la prima discussione con Kratsios, la Casa Bianca ha annunciato il consorzio. Tutti sapevano che il tempo stringeva.
È ancora molto presto, ma Ajay e altri revisori possono vedere chiaramente dalla prima ondata di proposte che gli scienziati stanno cercando di attaccare il virus su tutti i fronti: dalla scoperta e dallo sviluppo di farmaci con simulazioni guidate dall’intelligenza artificiale alla genomica, all’epidemiologia. Dobbiamo capire l’intero ciclo di vita di questo virus, tutti i riduttori che lo guidano, come si incontra e infetta la cellula ospite e si replica al suo interno, impedendogli di produrre particelle vitali. Dobbiamo conoscere i componenti molecolari, le proteine coinvolte nella biochimica del virus, quindi utilizzare la modellazione computazionale per vedere come possiamo interrompere il ciclo. Questa è la metodologia scientifica standard della scoperta di droghe, ma vogliamo amplificarla e accelerarla.
Il virus esplode nell’uomo da mesi ormai, fornendo un’abbondanza di campioni per la modellizzazione e l’analisi al computer. Gli scienziati li stanno già depositando in fonti di dati pubbliche come GenBank e Protein Data Bank. Ci sono molte incognite e ipotesi — ma, mi dice Ajay, molte proposte implicano l’uso delle strutture proteiche disponibili per cercare di trovare potenziali composti molecolari che potrebbero portare a un vaccino terapeutico.
Sta già succedendo. Ancor prima di formare il consorzio, i ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory e dell’Università del Tennessee hanno simulato 8.000 composti e hanno trovato 77 molecole che potrebbero potenzialmente disarmare il virus. Ma 77 è ancora un gran numero e l’esecuzione di test per trovare la molecola corretta può richiedere mesi. Qui, il mio collega Alessandro Curioni, un chimico italiano che guida IBM Research Europe e che si è autoisolato a causa della possibile esposizione a COVID-19, ha avuto un’idea su come accelerare le cose.
In una conversazione con i dirigenti della Commissione europea all’inizio di marzo, Alessandro ha saputo di un’azienda farmaceutica italiana, Dompé Farmaceutici e del progetto finanziato dall’UE a cui stavano lavorando. La scorsa settimana, ha orchestrato un incontro tra i suoi scienziati e Oak Ridge, suggerendo ad entrambe le parti di presentare una proposta congiunta al consorzio. Forse insieme, con l’aiuto dei supercomputer, possono ridurre il numero dei composti promettenti da 77 a 10, cinque e, infine, uno.
L’umanità ha più strumenti a disposizione in questa pandemia che mai. Con i dati, i supercomputer e l’intelligenza artificiale e, in futuro, l’informatica quantistica, creeremo un’era di scoperta accelerata. Il consorzio è un esempio di un approccio di partnership unico e dimostra che più grande è la sfida, più abbiamo bisogno l’una dell’altra.
Ci ricorderemo a lungo di questa pandemia, ma mai come oggi la scienza e la tecnologia ridurrà a tempo di record la ricerca della giusta soluzione.
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