加拿大多伦多大学加速药物研发和生产

　　【IT168 消息】加拿大多伦多大学药品系的分子结构设计和信息技术中心（MDIT）是该大学培养下一代药物研究人员的核心机构。2000年以前，多伦多大学药品系的主要研究一直是基础化学领域。进入新世纪之后，多伦多大学具有战略眼光的研究人员开始对未来研究方向进行长远规划。现在，多伦多大学药品系委员会计划研究后蛋白质组问题，以加速药物的开发。这一领域的研究主要是运用高性能计算和可视化系统对包括药物蛋白质和药物-多聚物载体互动反应在内的大分子系统基础结构进行研究。多伦多大学药品系希望在分子结构设计和信息技术中心建立一个可以协同工作的环境，同时容纳超过2个研究小组的成员，以便加速药物研发的过程。

　　分子结构设计和信息技术中心主任 Lakshmi Kotra 博士自2000年加入该校以来，一直积极通过一系列学术活动，大力推广先进分子建模技术在药物研究领域的应用，以促进该分子结构设计和信息技术中心的研发过程。事实证明，与分子建模技术相关的软件能够为药品系研究人员在计算和可视化方面提供最好的辅助工作，软件运行所需的硬件平台也在整个研发过程中发挥着极为重要的作用。2002年，安大略省旨在帮助大学、医院、学院及研究所加强基础设施建设的安大略创新委员会提供基金，采用美国SGI公司提供的三维计算及可视化系统技术，帮助多伦多大学分子结构设计和信息技术中心（MDIT）建立分子结构设计虚拟现实中心。

　　MDIT的第一套SGI  系统于2002年9月开始使用。目前，加拿大多伦多大学分子结构设计和信息技术中心的虚拟现实中心主要由以下系统构成：

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　　一台SGI Onyx 3800可视化系统。这套有44个处理器，44GB内存的 SGI Onyx 3800系统装有InfiniteReality3TM 图形系统，可生成立体图像 。与Onyx3800同时配备的是一台SGI存储器，可提供TB级的存储备份。

　　一块功率为3300瓦的立体显示屏幕。这块显示屏幕的尺寸是5X12英尺，可以显示一整幅大的画面，也可以分为三个并排的画面。观众通过佩戴Stereographics CrystalEyes? 立体眼镜可与分子在高度沉浸感的虚拟环境中进行互动。

　　十台SGI Octane2 工作站：配备R12000a 400 MHz MIPS 处理器、512MB 内存、18 GB 系统硬盘、21英寸显示屏。多伦多大学化学系和生物化学系各放两台，药品系放置六台。

　　软件系统：分子结构设计和信息技术中心安装Sybyl分子模型软件系统。

　　Kotra博士说："许多年，我一直在用SGI的小型工作站，特别是 Octane系统，几乎每次计算模拟都使用这个系统。考虑到这个项目需要更大规模的平台支持，综合各方面因素，SGI是唯一的选择。"

　　SGI公司新型可视化系统组建的虚拟现实中心正在帮助多伦多大学药品系进行药物研发和生产工作，Kotra博士发现，这些具有高度沉浸感的可视化系统在目前的工作中越来越难以被别的系统所替代。"很显然，当我们将所有的因素都综合在一起时，SGI系统的综合处理能力和图形能力显示了强大的威力。现在，它让我们上了瘾。一旦你用上SGI Onyx 3800，你就再也不想使用原来的系统了。"

　　从数字处理到高度沉浸感的可视化技术

　　MDIT虚拟现实中心的SGI Onyx 3800系统运用Tripos和其他应用软件来完成计算化学所需的繁琐数字计算，以进行新药品的开发，但可视化能力被视为最重要的功能。"过去，我们只专注于加速计算方面的工作，"Kotra博士说，"而在计算化学、药品设计、生物物理或药物生产研究的各个阶段，所有的项目都同三维分子结构有关。令我们激动的是，利用SGI的可视化系统，我们开始能够真实地看到复杂生物分子系统的结构图像。大比例的可视化显示使得研究内容和结果更易理解，这也正是虚拟现实技术能够实现的。"SGI虚拟现实中心可以很好地结合Tripos 药物开发计算应用软件、生物信息学和结构-活性关系软件，以共同完成可视化图像的生成。

　　MDIT虚拟现实中心系统的研究领域包括对乳清酸核苷一磷酸盐脱羧酶（ODCase）的研究，这是一种在所有物种中都存在的高效酶。由于这是大多不同类病毒的目标，因此对于对付生物恐怖主义很有价值。在开发替代胰岛素的人工合成分子的项目中，研究人员对胰岛素受体三维结构进行了深入研究，使多伦多大学拥有了这项研究成果的唯一专利。药品系教授、生物物理化学家 Peter Pennefather 博士也借助虚拟现实中心的系统研究神经细胞对压迫条件的反应。Regis Pomes 博士同样借助此系统进行细胞膜蛋白和离子通道的研究。这套系统的强大处理和可视化能力也吸引了一些公司的兴趣，这些公司纷纷同MDIT签订协议，以运用虚拟现实中心的系统进行基础研究工作。

　　药品开发研究：节约开支，节省时间

　　药品生产研究在MDIT是仅次于药物开发的重头戏。一旦一种具有巨大应用潜力的药物被研发出来，它就能够最大限度地使病人受益。曾从事工业原料研究的 Christine Allen 博士运用 Tripos 公司的Sybyl 软件和SGI虚拟现实中心技术首先研究了药物-多聚物载体的相互作用，既而又研究了可以提供表述有效传递媒介公式的聚合材料模型。

　　"多数人通过反复实验和不断修正错误来发现有效的公式，"Allen博士说。"他们投入大量的时间和金钱，试用了多种多样的药物的化合物来研究这些药物是如何作用的。而我们通过使用软件来避免大量实验和错误的发生，并且可以快速跟踪整个过程。我们从不随意合成药物聚合物。"Allen博士的小组运用 SGI 的强大计算和可视化能力创造了一个可视化的原料碎片库，选择最合适的原料进行合成，以便进行抗癌药物的深入研究。

　　MDIT：追赶生命科学的下一次潮流

　　"强大的高性能计算与具有高度沉浸感的可视化技术相结合的系统使研究人员能够更有效地研究分子之间的相互作用。" 研究神经细胞对压迫条件反应的 Pennefather博士认为，"现在，我们能够清楚地看到研究物品的三维结构，这使我们能快速达到研究目标。我们认为，这种具有高度沉浸感的可视化技术代表着生命科学研究的下一次浪潮。"

　　"现在，很多制药公司还没有意识到使用可视化系统来协助药品研发的重大意义，我感到很吃惊。"Allen感慨到，"从某种意义上说，我们现在的工作恰恰就处在研发的阶段。"

　　虚拟现实中心系统安装使用了几个月后，MDIT就将其处理器由原来的36个增加到了44个。现在，MDIT拥有十台Silicon Graphics Octane 工作站，其中有四台用于化学和生物化学系远程接入系统。MDIT的新教学楼也正在建设中，显示了安大略省和多伦多大学对MDIT工作的支持。2005年，多伦多大学分子结构设计和信息技术技术中心（MDIT）将搬入新的教学楼，届时，100余位科学家可在SGI 虚拟现实中心技术营造出的剧院式三维分子模拟环境中进行实时的互动交流。剧院式环境中的最新可视化系统将让从事分子结构模拟的科学家体验前所未有的清晰明了。