NVIDIA GPU 赋能水木未来数据处理，优化创新药物发现速率与成本

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电镜解析的结构以每年1.5倍的速度高速增长，已经成为结构解析最重要的技术手段之一。随着冷冻电镜技术的不断迭代革新，高分辨率结构解析在药物研发领域发挥越来越广泛且重要的作用。

在小分子药物领域，冷冻电镜可以通过解析小分子与靶点蛋白的复合物结构，帮助研究者理解构效关系，指导基于结构的小分子药物发现与优化。

在生物药领域，冷冻电镜可以用来进行抗体表位解析，研究交叉特异性，帮助优化单抗，设计疫苗，并且作为支持IP保护的重要手段。

▲ LY-CovMab与刺突蛋白形成的复合物的冷冻电镜结构及其表位

冷冻电镜在新冠中和抗体研究中的应用就是一个典型的案例。例如2021年4月绿叶制药集团控股子公司博安生物自主研发的新冠中和抗体——LY-CovMab的相关研究在《Nature》杂志子刊《Communications Biology》发表。其中冷冻电镜结构解析部分由博安生物委托水木未来进行。基于冷冻电镜（cryo-EM）进行的结构分析表明，LY-CovMab在SARS-CoV-2表面刺突受体结构域上的表位与ACE2重合。LY-CovMab IgG/Fab与表面刺突蛋白复合体的3D结构显示，LY-CovMab Fab形式能同时结合一个SARS-CoV-2刺突蛋白三聚体上的所有三个RBD，其中一个RBD处于关闭状态、另外2个RBD处于开放状态；LY-CovMab完整IgG形式也能同时结合三聚体上的所有三个RBD，但三个RBD都处于开放状态，这提示LY-CovMab以IgG形式结合开放状态的RBD后促进了相邻RBD构象的改变。另外，3D结构显示一个LY-CovMab IgG分子很可能同时结合一个三聚体上的2个RBD。水木未来通过冷冻电镜揭示的LY-CovMab的这些属性综合起来赋予了抗体优异的中和潜力。

此外，冷冻电镜还可对病毒样颗粒，腺相关病毒等载体，纳米粒，脂质体等进行可视化表征，在基因治疗质控与制剂制备工艺等多个方向发挥作用。

但海量冷冻电镜数据的处理速度依然是重要的限速瓶颈。

日前，Alphafold2在蛋白结构预测上的突破还余音绕梁，而生物科学领域还有更难的研究方向，比如，超大复合物结构、动态构象变化、蛋白质设计、药物设计等等，这些问题都有待科学家与工业界去一一攻克。用结构加计算，从根本的生物学角度出发，加速新药发现，是水木未来贯彻始终的目标。

以G蛋白偶联受体（GPCR）这类蛋白为例，以这类蛋白为靶点的药物在已上市药物中占据了约30%的比重，但是仍有大量GPCR的结构未知，进而阻碍了利用其结构进行药物开发的脚步。

水木未来拥有多台高性能GPU服务器，冷冻电镜图片的数据采集及图像处理流程中几乎所有计算密集型步骤都能得益于NVIDIA GPU的应用及计算平台的升级。

基于NVIDIA A100 和V100 GPU计算平台，水木未来在应用冷冻电镜图像处理流程中的许多软件，例如用于图像预处理的MotionCorr2，GCTF可以运用GPU在数据采集的同时进行图片预处理，大大提高了样品筛选，样品质量的监控和采集数据的效率， 效率提升10倍以上。

此外，用于图像处理过程的主要软件 RELION 及 cryoSPARC，在 NVIDIA A100 和 V100 计算平台的助力下，在进行二维平均（2D classification），三维重构（3D classification），三维结构优化（3D refinement）中大幅度提升图像处理的速度，速度较之以往提升 10 倍。