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量子計算賦能 突破新冠病毒檢測痛點

發布日期: 2020-07-04 信息來源:欧宝体育

   安徽合肥高新區傳來消息,園區內(nei)企(qi)業瀚海博興(xing)聯(lian)合本源量子(zi),利(li)用量子(zi)計算平臺,共同開發(fa)出(chu)系(xi)列特異性識別病毒的(de)(de)膠體金試劑(ji)盒—新冠病毒(COVID-19)抗(kang)原(yuan)免(mian)疫直檢(jian)(jian)試劑(ji)盒、抗(kang)原(yuan)抗(kang)體混檢(jian)(jian)試劑(ji)盒等產(chan)品。該系(xi)列產(chan)品可有效(xiao)輔助核酸檢(jian)(jian)測,克服周期長、操作復雜、對檢(jian)(jian)驗場地(di)、人員(yuan)要(yao)求高的(de)(de)痛點;有效(xiao)解(jie)決(jue)血清學抗(kang)體檢(jian)(jian)測發(fa)現時間晚,部(bu)(bu)分免(mian)疫缺陷人員(yuan)無法(fa)檢(jian)(jian)出(chu)等痛點。而且,目前該系(xi)列試劑(ji)盒已取得歐盟CE認證,并進入中(zhong)國商務部(bu)(bu)出(chu)口白名單(dan)。

  量子算法對病毒結構進(jin)行快速模擬

  “量子(zi)(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)是一種(zhong)遵(zun)循量子(zi)(zi)力學(xue)(xue)規律調控量子(zi)(zi)信息單元進行計(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)新型計(ji)(ji)算(suan)(suan)模式。從計(ji)(ji)算(suan)(suan)的(de)效率上來說,由(you)于量子(zi)(zi)力學(xue)(xue)疊加性,目前某些(xie)已(yi)知(zhi)的(de)量子(zi)(zi)算(suan)(suan)法在(zai)處(chu)理問題時速度(du)遠快(kuai)于傳(chuan)統的(de)通用(yong)計(ji)(ji)算(suan)(suan)機。”本源(yuan)量子(zi)(zi)公(gong)司首席科(ke)(ke)學(xue)(xue)家、中國科(ke)(ke)大(da)(da)郭國平(ping)教(jiao)授告訴科(ke)(ke)技(ji)日報記者,在(zai)生物科(ke)(ke)技(ji)領(ling)域,量子(zi)(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)可(ke)以極(ji)大(da)(da)地擴展人(ren)們(men)對分子(zi)(zi)結(jie)構(gou)和(he)特(te)性進行模擬的(de)能力。通過(guo)大(da)(da)規模的(de)分析和(he)機器學(xue)(xue)習,量子(zi)(zi)計(ji)(ji)算(suan)(suan)可(ke)以更好地幫助人(ren)們(men)闡(chan)明基(ji)因表達,探索具體的(de)突變產(chan)生的(de)奧秘。

  “量子計(ji)(ji)算(suan)時代正在接近,通(tong)過量子應(ying)用(yong)(yong)系統探索(suo)量子計(ji)(ji)算(suan)具體(ti)的應(ying)用(yong)(yong)場景已成為行業發(fa)展的趨勢。”郭國(guo)平(ping)說,新(xin)藥物開發(fa)是現代先進計(ji)(ji)算(suan)平(ping)臺(tai)最重(zhong)要的應(ying)用(yong)(yong)領域之一。據統計(ji)(ji),現在市(shi)場上(shang)80%以(yi)上(shang)的新(xin)藥物研發(fa)都(dou)是借助超(chao)級計(ji)(ji)算(suan)平(ping)臺(tai)完(wan)成的。今年,加拿大D-Wave系統公司就為冠狀(zhuang)病毒(du)研究員提供(gong)混(hun)合量子計(ji)(ji)算(suan)平(ping)臺(tai)的免費(fei)訪(fang)問權限。

  去年9月(yue),全球首(shou)(shou)款量(liang)子(zi)計算機(ji)應(ying)用軟件——本源量(liang)子(zi)化學應(ying)用系統ChemiQ正式亮相,成為我國首(shou)(shou)個針對量(liang)子(zi)化學和藥物研發(fa)的算法應(ying)用程序。

  “在(zai)研(yan)發有效(xiao)藥(yao)物的(de)(de)過(guo)程中,化(hua)(hua)學家們同(tong)樣(yang)可以(yi)利用(yong)量(liang)子計算(suan)(suan)機(ji)的(de)(de)快速數據處理能力評(ping)估(gu)分子、蛋白質和化(hua)(hua)學物質之間的(de)(de)相互作用(yong),來檢查藥(yao)物是否會(hui)改(gai)善(shan)某些問題或治(zhi)愈(yu)疾病。”郭國(guo)平(ping)(ping)告訴記者,量(liang)子ChemiQ化(hua)(hua)學應(ying)用(yong)系統(tong),可用(yong)于模擬(ni)計算(suan)(suan)化(hua)(hua)學分子在(zai)不同(tong)鍵(jian)長下對(dui)應(ying)的(de)(de)能量(liang),為量(liang)子計算(suan)(suan)在(zai)化(hua)(hua)學領域的(de)(de)應(ying)用(yong)提供基礎,幫助(zhu)相關人員(yuan)探索(suo)量(liang)子計算(suan)(suan)應(ying)用(yong)、推動(dong)生(sheng)物科技研(yan)發進(jin)(jin)程。“我們開(kai)發的(de)(de)量(liang)子計算(suan)(suan)算(suan)(suan)法對(dui)病毒結構(gou)進(jin)(jin)行模擬(ni)以(yi)及對(dui)藥(yao)物靶點進(jin)(jin)行排序(xu),優化(hua)(hua)組合和篩(shai)選等。”郭國(guo)平(ping)(ping)說。

  未來,或幾天就能(neng)研(yan)發出(chu)新疫苗(miao)或藥物

  去年9月11日,瀚(han)海博興加入本源(yuan)量(liang)子(zi)計算產業聯盟OQIA,共(gong)同致(zhi)力(li)于(yu)量(liang)子(zi)計算在生物大分子(zi)改構、蛋白質定向(xiang)進化(hua)等領(ling)域的研(yan)發推進工作。

  借(jie)助(zhu)該量(liang)子(zi)(zi)算法程(cheng)序軟件(jian)包,聯(lian)合(he)攻關(guan)團隊對新(xin)冠(guan)(guan)病毒(du)(du)的(de)化學分子(zi)(zi)結(jie)構(gou)和(he)動力學演(yan)化進(jin)行(xing)量(liang)子(zi)(zi)模擬,通過(guo)聯(lian)合(he)攻關(guan),他(ta)們不僅開發出多(duo)株高(gao)特異、高(gao)親和(he)力抗(kang)新(xin)冠(guan)(guan)病毒(du)(du)S蛋白和(he)N蛋白的(de)全人抗(kang)體、納米羊駝抗(kang)體和(he)兔抗(kang)體,而且(qie)進(jin)一步根據量(liang)子(zi)(zi)化學算法進(jin)行(xing)抗(kang)體親和(he)力改造(zao)、空間位阻改造(zao)等實(shi)(shi)現(xian)抗(kang)體優(you)化,并根據結(jie)構(gou)模擬、實(shi)(shi)驗(yan)再(zai)驗(yan)證等,實(shi)(shi)現(xian)多(duo)株抗(kang)體之(zhi)間的(de)有效配對。借(jie)助(zhu)于量(liang)子(zi)(zi)計(ji)算的(de)賦能,讓他(ta)們能夠為世界抗(kang)擊新(xin)冠(guan)(guan)病毒(du)(du)提供更(geng)快(kuai)捷、更(geng)準確、更(geng)早期、更(geng)便利的(de)檢測工具。

  “現在(zai)僅(jin)僅(jin)用了(le)12天(tian)的(de)時(shi)間,就(jiu)用新技術繪制出(chu)了(le)新型(xing)冠狀病(bing)毒的(de)外(wai)部(bu)‘突刺(ci)’蛋白。而(er)對艾滋病(bing)病(bing)毒(HIV)進行類似的(de)結構分(fen)析(xi)花了(le)4年時(shi)間。”郭國平(ping)告訴記(ji)者,目前藥(yao)物(wu)研發過程中的(de)一(yi)個主要問題是高度依賴于經驗(yan)。

  “分(fen)(fen)(fen)子(zi)制造出來后需要(yao)進行測試,而(er)不能準(zhun)確地(di)預測它的(de)(de)(de)效果,而(er)且可能無法預測未來的(de)(de)(de)并(bing)發(fa)(fa)癥。這大幅降(jiang)低了藥物研發(fa)(fa)領(ling)域的(de)(de)(de)成本與效益比。”郭國(guo)平(ping)說,如果人類有(you)無限(xian)的(de)(de)(de)計(ji)算(suan)能力,就可以簡單(dan)地(di)掃描這些(xie)數據庫并(bing)計(ji)算(suan)每(mei)個分(fen)(fen)(fen)子(zi)是否可以用(yong)于新(xin)型冠狀病(bing)毒的(de)(de)(de)治(zhi)療或疫苗的(de)(de)(de)研發(fa)(fa)。“我(wo)們只(zhi)需將這些(xie)分(fen)(fen)(fen)子(zi)輸入到(dao)模擬環(huan)境中(zhong),然后在化學空間中(zhong)進行篩選,找到(dao)問題的(de)(de)(de)解決方案。”

  “可(ke)能需要幾十年的(de)(de)時(shi)間,才能制造(zao)出能夠(gou)模擬(ni)蛋白質大(da)(da)小的(de)(de)分子且足夠(gou)大(da)(da)的(de)(de)量子計(ji)算機,但當(dang)這樣的(de)(de)計(ji)算機出現時(shi),它(ta)將意味著制藥(yao)和化學工(gong)業運(yun)作(zuo)方式的(de)(de)徹底(di)變革。”郭國(guo)平說。或(huo)許,未來一(yi)種新(xin)的(de)(de)流行病的(de)(de)出現,科學家們可(ke)以在幾天內識別(bie)并開(kai)發出一(yi)種潛在的(de)(de)疫苗(miao)或(huo)藥(yao)物。 

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