Un outil de supercalcul pour la découverte rapide de médicaments
L’émergence d’outils numériques impliquant le calcul à haute performance (CHP) et la modélisation des mégadonnées a ouvert la conception de médicaments à des acteurs non traditionnels de l’industrie de la santé, tels que les grandes entreprises technologiques, qui remettent en question la notion selon laquelle les systèmes biologiques sont trop complexes pour être modélisés. «Nous assistons à la transition de modèles reposant sur des données à des données générées parce qu’elles conviennent à l’entraînement de modèles», note Andrea Beccari, responsable des plateformes de découverte au sein de Dompé farmaceutici, hôte du projet. LIGATE avait pour principal objectif d’affirmer le rôle que les ressources de supercalculateurs peuvent jouer dans la découverte de médicaments, un rôle particulièrement crucial en période de crises sanitaires aiguës telles que les pandémies. Le projet a développé un outil de criblage virtuel de médicaments assisté par l’intelligence artificielle (IA), adaptable à n’importe quelle architecture matérielle, qui constitue le noyau fonctionnel de la plateforme de découverte de médicaments Exscalate. Exscalate permet aux chercheurs de tester l’efficacité d’une bibliothèque de molécules contre une série de cibles, afin d’identifier des traitements possibles pour des menaces telles que la COVID-19. «Dans un premier temps, des billions de molécules virtuelles seront passées au crible afin de trouver des médicaments antiviraux à large spectre appropriés. Les meilleurs candidats seront testés à l’aide d’essais antiviraux et de méthodes d’analyse structurelle», précise Andrea Beccari. L’outil LIGATE génère une simulation 3D des molécules d’intérêt, qui sont utilisées pour explorer toutes les conformations moléculaires (arrangements atomiques) possibles dans le site actif de la protéine cible. Il sélectionne les molécules les plus prometteuses en fonction de leurs interactions avec les acides aminés de la protéine, et un outil d’intelligence artificielle les classe en fonction de leur efficacité prévue.
Portabilité et flexibilité
La solution LIGATE intègre à la fois des composants libres et des composants propriétaires. Les modules open source étaient agnostiques par rapport au domaine afin de soutenir le développement et le déploiement à grande échelle de l’ensemble de l’application, et spécifiques au domaine pour les fonctions de simulation moléculaire et de criblage virtuel. «LIGATE a bénéficié de la flexibilité, de l’efficacité et de la modularité d’un code communautaire, complété par des modules propriétaires qui permettent son exploitation commerciale», ajoute Andrea Beccari. Pour tirer parti des ressources informatiques à l’échelle exaflopique à venir, la compatibilité avec diverses architectures matérielles, en particulier les GPU, était cruciale. C’est particulièrement vrai pour les applications informatiques urgentes, qui dépendent d’une puissance de calcul maximale (utilisant souvent plusieurs superordinateurs simultanément) pour répondre à des menaces critiques, telles que la pandémie de COVID-19. Mais comme une grande partie du matériel clé est écrite dans des langages de programmation propriétaires, l’équipe a dû développer un modèle de programmation (en utilisant SYCL libre de droits) des principaux modules, rendant le logiciel portable entre les CPU, les GPU et les cartes FPGA.
Améliorer la précision de l’évaluation des médicaments
L’un des principaux objectifs du projet était de mettre en œuvre l’outil de sélection au sein de la plateforme LEXIS, soutenue par l’UE, qui a été mise en place pour faciliter l’accès à des ressources de CHP puissantes. Utilisant une interface web conçue pour les rendre encore plus accessibles, l’outil LIGATE a fait l’objet d’une démonstration lors du dernier sommet EuroHPC, où il a fonctionné simultanément sur les supercalculateurs Karolina, LUMI et LEONARDO. «Les chercheurs pourront bientôt utiliser un réseau de ressources informatiques européennes pour découvrir de nouveaux médicaments sans disposer d’une expertise informatique avancée», explique Andrea Beccari, qui a assuré la coordination du projet LIGATE. Un précédent projet, EXSCALATE4CoV, avait utilisé une version antérieure de l’outil LIGATE pour étudier l’adéquation des médicaments repositionnés avec la COVID-19, identifiant le raloxifène comme un traitement prometteur. Le médicament a ensuite fait l’objet d’un essai clinique de phase II. «Remarquablement, au cours des simulations moléculaires, la plateforme a également trouvé un nouveau vaccin potentiellement plus sûr, qui fait actuellement l’objet d’une évaluation préclinique», ajoute Andrea Beccari. Le projet a été réalisé avec le soutien de l’entreprise commune pour le calcul à haute performance européen (EuroHPC), une initiative mise en place pour développer un écosystème de supercalculateurs de classe mondiale en Europe.
Mots‑clés
LIGATE, entreprise commune EuroHPC, molécule, médicament, IA, découverte de médicaments, criblage virtuel, supercalculateurs, portabilité, mégadonnées, GPU, virus, COVID-19, open source, CHP
