浪潮专家解读：HPC如何协助解析新型冠状病毒基因组

在未知病毒以“不明缘故起因肺炎”进入公家视野时，科研职员已经开始实行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，病原学专家通过对病毒标本举办测定，这样的破译，最早在2020年1月2日就已完成。随后，中科院武汉病毒所、中国疾控中心病毒所、上海市民众卫生临床中心别离于1月2日、1月3日、1月5日破晓，获患病毒全基因组序列。

那么，病毒基因毕竟是怎样被一步步理会的?这个中高机能计较(HPC)平台又起到什么样的浸染?来看看海潮生命科学行业方案专家的解读。

Q：可否举例子先容一下新冠病毒基因是怎样被测定息争析的?

今朝，在获取病毒基因组序列方面，普及应用高通量测序技能来完成，这种方法是将核酸序列打断成短片断举办测序，通过说明软件将测得的短序罗列办拼接组装。对付新发病毒，在序列组装进程中谋面对更多灾点，由于在测序深度、测序精确性、一再序列比例等方面没有可供参考的履历值，这就必要将海量的短序列还原出原始的基因组序列。在序列拼装中还也许会呈现测序错误，拼接的精确性和完备性不高，拼接难度更高。以是，理会新冠病毒序列，必要在建库、高通量测序、序列组装、变异进化说明等多个流程加以打点。

新冠病毒序列组装办理方案表示

好比在建库环节中，对核酸含量高的样本举办rRNA去除再建库，进步有用数据占比;对核酸含量低的样本，直接举办RNA建库，镌汰核酸丧失，晋升建库乐成率，并加大测序深度。在测序环节回收更高效专注的测序仪，最后，通过病原判断体系对新冠病毒序罗列办数据说明并回收IDBA要领完成拼接。这样可以满意宏转录组测序病毒序列组装对数据量的要求，担保序列信息的完备性。

我们来还原一下某疾控中心收到的1例新冠病毒肺炎疑似样本，理会新型冠状病毒风行症例呼吸道标本宏转录组测序及病毒序列组装的流程：

病毒全基因组序列获取流程

起首是文库制备。针对核酸量差异的样本，回收差异的建库计策。经反转录、讨论毗连、PCR扩增、纯化等一系列操纵后得到文库产品，再行使滚环扩增技能，制备DNA纳米球。

第二步，上机测序。对病例的呼吸道标本举办高妙度测序。

第三步，数据说明。产出32Gb数据，总序列数318M。团结病原传染快速判断体系，判断出230万余条新型冠状病毒序列。

最后，拼接组装。说明软件会自动将230万条的新型冠状病毒序列从全部序列中抽出。行使拼接服从高的IDBA要领举办组装，乐成完成新型冠状病毒的序列组装，得到基因组序列。

Q：在冠状病毒理会进程中，HPC平台起到了那些浸染?

在探求病毒来历、获知病毒布局、筛选抗毒小分子方面HPC算力都施展了重要的浸染。譬喻在病毒说明规模常用的冷冻电镜三维重构技能，在低温情形下操作透射电子显微镜对样品举办成像，再经图像处理赏罚和重构计较得到样品的三维布局。在整个流程中，数据收罗、图像处理赏罚、三维重构长短常焦点的三个步调，对计较和存储的需求很是高。病毒颗粒布局的理会，其电镜图像的数据量可高达数TB，且病毒颗粒相对卵白质颗粒要大得多，在计较上单一历程就必要128GB的内存，那么一台计较节点就必要至少4TB的内存支持。在算法上，基于中央截面定理的重构进程依靠大量的单精度或双精度快速傅里叶(FFT)计较，必要海量算力资源来支持。

在现实应用上，中科院生物物理所与海潮-Intel中国并行计较连系尝试室相助开展的基于MIC异构架构电子断层三维重构技能(Electron Tomography，简称ET)应用研究。研究团队配合开拓了ET的MIC单机单卡和单机多卡异构高机能集群办理方案，大幅低落了计较时刻。现实测试数据表现，单机单卡与串行措施对比机能晋升25倍，单机多卡版本与串行措施对比机能晋升74倍。

Q：本次疫情将对付HPC在病毒研究规模的应用发生哪些影响

在抗疫的存亡竞速的赛场上，大概我们算的快一点，我们能救治的病人，能挽救的生命就会多一点。

从短期来看，科技战疫正加快HPC在医疗规模的普及应用，原本行使HPC最多的是科研院所，在疫情时代医院、民众卫生防预等机构都开始行使HPC。

从恒久来看，疫情事后，会降生各类新兴的科学技能研究和检测，这些新兴的科学研究对高机能计较有很高的需求，将促使HPC技能跨学科跨规模的融合。

从更大的范畴来看，疫情危急使中国以及环球的医疗信息化历程加快，可以斗胆的猜测，HPC将在环球病毒研究规模将会走向全面遍及。

（编辑：湖南网）

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