🐦 🤭 😰 सुपर कंप्यूटर, जीनोम अनुक्रमण और कोरोनावायरस को हराने की संभावनाएं ♑️ 👨🏼‍🏫 🙃

जस्टिन एर, ग्लोबल कम्युनिकेशंस मैनेजर

द्रव की एक बूंद जिसे एक व्यक्ति बाहर निकालता है उसमें अरबों कोरोनोवायरस कण हो सकते हैं। उनमें से प्रत्येक में, कुछ भिन्नताओं के साथ, डीएनए के लगभग 30,000 न्यूक्लियोटाइड होंगे। यह वायरल जीनोम में घनत्व का एक संकेतक है, जो वायरस की प्रत्येक विशेषता और विशिष्ट विशेषता के लिए जिम्मेदार है - इसके विषाणु से संचरण तंत्र तक। चीन और दुनिया के अन्य देशों के शोधकर्ताओं ने पहले ही नए SARS-CoV-2 कोरोनावायरस के कई जीनोमिक अनुक्रमों की पहचान की है, जिससे वैज्ञानिकों और डॉक्टरों को संक्रमण के खिलाफ लड़ाई शुरू करने के लिए बुनियादी ज्ञान प्रदान किया गया है।

यूएफओ केयर मिनट

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लेकिन कोरोनावायरस जीनोम की मैपिंग सिर्फ काम की शुरुआत है। एक महामारी की प्रकृति को समझने के लिए घातीय रूप से अधिक जटिल और उतना ही महत्वपूर्ण है संक्रमित लोगों के जीनोम के अनुक्रम को निर्धारित करना। यह कई सवाल उठाता है: एक वायरस दूसरों की तुलना में अधिक संक्रामक क्यों है? क्या तंत्र कुछ रोगियों में निमोनिया के विकास की ओर जाता है और दूसरों में केवल एक हल्की खांसी? व्यक्तिगत रोगी विभिन्न उपचारों या टीकों का जवाब कैसे देंगे?

मानव जीनोम और वायरस उपभेदों के बीच बातचीत के क्षेत्र में उत्तर मांगे जाने चाहिए। डीएनए स्तर पर इस प्रक्रिया को समझने से रोगों के निदान, एंटीवायरल वैक्सीन और इम्यूनोथेरेपी के विकास का रास्ता खुल जाता है। बीजीआई जीनोमिक्स के

शोधकर्ता, जिन्होंने COVID-19 रोग का पता लगाने के लिए पहला नैदानिक परीक्षण किट विकसित किया, नए कोरोनोवायरस के जीनोम को समझने के लिए श्रमसाध्य और बड़े पैमाने पर काम में शामिल हैं। एक प्रभावी टीका विकसित करने के लिए, वैज्ञानिकों को आनुवंशिक अंतरों की पहचान करने और संभावित सुरक्षा बनाने के लिए बड़े पैमाने पर डेटा सेट की आवश्यकता होती है। इस तरह के बड़े पैमाने पर संचालन के साथ, टेराबाइट्स और पेटाबाइट्स डेटा उत्पन्न होते हैं, जिसके प्रसंस्करण और विश्लेषण के साथ केवल उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग (एचपीसी) सिस्टम संभाल सकते हैं ।

कंप्यूटिंग शक्ति की वृद्धि के साथ जीनोम अनुक्रमण की गति बढ़ रही है। एक प्रक्रिया जो मूल रूप से दस वर्षों से अधिक थीऔर लागत अरबों, अब आप कुछ ही घंटों में अनुकूलित हार्डवेयर वास्तुकला पर चलने वाले सुपर कंप्यूटरों के समूहों पर चल सकते हैं। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि टीका बनाने का मार्ग लंबा होने की संभावना है , लेकिन इस तरह के अभूतपूर्व उपकरण समय को कम करने में मदद करेंगे।

"वायरल संक्रमण की जटिलताओं का विश्लेषण और पहचान करने के लिए, बीजीआई जीनोमिक्स ने सैकड़ों नैदानिक नमूनों का अनुक्रम किया," बीजीआई जेनोमिक्स के सीटीओ जियांगकिन जिन ने कहा। "उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग और जीनोमिक एनालिटिक्स में नवीनतम तकनीक तक पहुंच विश्लेषण दक्षता में सुधार का एक महत्वपूर्ण कारक है।"

बीजीआई जीनोमिक्स के शोधकर्ता टी 7 सीक्वेंसर के साथ काम करते हैं

जो बीजीआई का समर्थन करना चाहते हैं और सीओवीआईडी -19 शोधकर्ताओं को सशक्त बनाना चाहते हैं, इंटेल और लेनोवो बलों में शामिल हो गए हैं। उन्होंने वैज्ञानिकों को एक सुपर कंप्यूटर क्लस्टर के साथ प्रस्तुत किया, और सबसे कुशल उपयोग के लिए सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर के क्षेत्र में अपनी विशेषज्ञता भी पेश की।

"हम नए कोरोनोवायरस के खिलाफ लड़ाई में सबसे आगे रहने वाले वैज्ञानिकों और डॉक्टरों का समर्थन करने की पूरी कोशिश कर रहे हैं," लेनोवो के प्रमुख जीनोमिक अनुसंधान और विकास विशेषज्ञ मिलिदी गिराल्डो बताते हैं।

BGI के लिए प्रदान की जाने वाली तकनीक Intel और Lenovo में HPI क्लस्टर शामिल है जो BGI DNBSEQ-T7 सीक्वेंसर से उच्च-प्रदर्शन रीड ऑपरेशंस को हैंडल करता है।

डॉ। गिराल्डो ने कई वर्षों तक राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (NIH) में जैव सूचना विज्ञान अनुसंधान पर काम किया है, जो संक्रामक रोगों से लड़ने के लिए टीकों के विकास में योगदान देता है। अब यह वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के बीच बातचीत को बढ़ावा देने में मदद करता है जो प्राकृतिक विज्ञान उद्योग के लिए हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर विकसित करते हैं।

"हम उपकरण दान करते हैं और अपनी विशेषज्ञता की पेशकश करते हैं, लेकिन वास्तविक सफलता बीजीआई शोधकर्ताओं और बायोमेडिकल समुदाय के अन्य प्रतिनिधियों द्वारा प्राप्त किए गए परिणामों द्वारा प्रदान की जाएगी।"

एचपीसी क्लस्टर विषाणु, रोगज़नक़ संचरण पैटर्न और मेजबान और वायरस के बीच बातचीत का अध्ययन करेगा। इस काम के परिणामस्वरूप, बीजीआई अपने COVID-19 डायग्नोस्टिक किट का अनुकूलन करने की उम्मीद करता है, कोरोनोवायरस के बारे में बहुत अधिक ज्ञान प्राप्त करता है, एक प्रभावी टीका या अन्य सुरक्षात्मक उपायों के विकास में तेजी लाता है - उदाहरण के लिए, इम्यूनोथेरेपी।

जीनोम डिकोडिंग

पृथ्वी पर प्रत्येक व्यक्ति के जीनोम को एक हजार पृष्ठों वाली पुस्तक के रूप में सोचा जा सकता है। लेकिन उसके असामान्य पाठ में केवल चार अक्षर होंगे: AGCT। वे डीएनए में न्यूक्लियोटाइड्स के संयोजन को निरूपित करते हैं और प्रत्येक गुण के लिए निर्देश होते हैं, प्रत्येक विशेषता जो आपको बनाती है वह है: आपके बालों का रंग, ऊंचाई और यहां तक कि सीओवीआईडी -19 जैसी बीमारी के लिए संवेदनशीलता भी निर्धारित करता है। इन निर्देशों में से अधिकांश सभी लोगों के लिए समान लिखे गए हैं, लेकिन सबसे महत्वपूर्ण विविधताएं केवल कुछ पृष्ठों पर छिपी हुई हैं।

यह समझने के लिए कि कोई व्यक्ति संक्रमण के लिए कैसे अतिसंवेदनशील है, शोधकर्ताओं को उचित निर्देशों के साथ सटीक "पृष्ठों" (यानी जीन) की पहचान करनी चाहिए। यह केवल रोगियों की अधिकतम संभावित संख्या के "पृष्ठों" की तुलना करके किया जा सकता है - संक्रमण की प्रतिक्रिया के साथ इन विविधताओं को जोड़ने वाले सामान्य विशेषताओं और डेटा के बाद के उपयोग के साथ।

एक जीनोम का अनुक्रमण करते समय, एक को ध्यान में रखना चाहिए कि जैविक नमूने के 1 मिलीलीटर में आमतौर पर लाखों विभिन्न विषाणु होते हैं, और उनमें से प्रत्येक में, लगभग 30,000 डीएनए के न्यूक्लियोटाइड के साथ एक जीनोम होता है।

जीनोम की व्याख्या और व्याख्या करने का यह अत्यंत कठिन कार्य नए कोरोनोवायरस के साथ वैज्ञानिकों के संघर्ष के बीच स्थित है। संबंधित मानव जीन और SARS-CoV-2 के बीच बातचीत को समझने से संक्रमण को रोकने या पूरी तरह से रोकने के तरीके प्रकट हो सकते हैं। वैज्ञानिक कोरोनोवायरस की पुस्तक में आम "पृष्ठों" की तलाश करेंगे - जीनोम के उन क्षेत्रों की पहचान करने के लिए जिनमें रोगज़नक़ उत्परिवर्तन को स्थानांतरित नहीं कर सकते हैं। यह एक प्रकार की एच्लीस हील है, जो वैक्सीन बनाने या उपचार की तलाश का रास्ता खोल सकती है।

वैक्सीन का विकास

महामारी के बारे में फिल्मों में, एक नियम के रूप में, एक ऐसा क्षण होता है जब वैज्ञानिक रोग के लिए एकमात्र व्यक्ति के लिए शिकार करते हैं। यह कुछ समझ में आता है: एक प्रभावी टीका विकसित करने के तरीकों में प्राकृतिक प्रतिरक्षा एक महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है।

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कोरोनोवायरस मुकुट जैसे कांटों की एक अंगूठी का मुकुट बनाता है, जिसने इसका नाम निर्धारित किया है।

वायरस के दो रोगी प्रतिक्रियाओं पर विचार करें: एक जीवन-धमकी वाले निमोनिया को विकसित करता है, और दूसरे में केवल हल्की खांसी होती है। इन अंतरों की व्याख्या क्या है? प्रतिरक्षा कम हो गई? आनुवंशिक प्रवृतियां? एक और पिछली बीमारी के परिणाम? उम्र? मंज़िल? पोषण? वायरस के एक विशिष्ट तनाव का प्रभुत्व? दो मरीजों की तुलना करना इन सवालों का जवाब देना आसान नहीं है। और हजारों लोगों के संबंध में, कार्य की जटिलता कई बार बढ़ जाती है।

हालांकि, केवल आंकड़ों का एक विशाल सरणी जीन और पर्यावरणीय कारकों के अनगिनत रूपों का अध्ययन करने की प्रक्रिया शुरू करने में मदद करेगा। अधिक नैदानिक और जीनोमिक डेटा वैज्ञानिकों के पास बेहतर और अधिक सटीक रूप से वे विभिन्न रोगियों में आम विशेषताओं की पहचान करने में सक्षम होंगे।
जनसंख्या के पैमाने पर जीनोमिक्स अरबों टुकड़ों की जानकारी है। नए कोरोनोवायरस का अध्ययन करने के लिए, वैज्ञानिकों को हजारों निदान किए गए रोगियों के डीएनए की तुलना करने की उम्मीद है। यह एक जटिल कार्य है जो गंभीर प्रसंस्करण शक्ति और उच्च क्षमता की आवश्यकता है, केवल एचपीसी वातावरण में उपलब्ध है।

एचपीसी अनुकूलन

जीनोम की "पुस्तक" याद है? वह जिसका पहला पढ़ने में पूरा एक दशक लग गया? शोधकर्ता अब लगभग 150 घंटों में जीनोम का विश्लेषण करते हैं। यह, ज़ाहिर है, एक शानदार छलांग है, लेकिन फिर भी, ऐसी गति COVID-19 महामारी से निपटने के लिए पर्याप्त नहीं है। यहां तक कि बिट्स का चयन और अनुक्रमण जो प्रोटीन संरचना और वायरस प्रसार के तंत्र को कूटबद्ध करते हैं (और ये कुछ "पृष्ठ" हैं जिन्हें एक्सोम कहा जाता है) आमतौर पर कम से कम 4 घंटे लगते हैं।

बीजीआई के शोधकर्ता अब एचपीसी क्लस्टर को सैकड़ों जीनोम और हजारों एक्सोम के रूप में एकत्र करने और विश्लेषण करने के लिए अनुकूलित कर सकते हैं ।

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इंटेल के शक्तिशाली समाधान के आधार पर, लेनोवो ने एक अनुकूलित हार्डवेयर और सिस्टम आर्किटेक्चर विकसित किया है जो जीनोम को डिक्रिप्ट करने में लगने वाले समय को काफी कम कर सकता है। लेनोवो के जीनोमिक जीनोमिक रिसर्च जीनोमिक्स ऑप्टिमाइज़ेशन एंड स्केलेबिलिटी टूल (GOAST) ओपन सोर्स जीनोम एनालिसिस टूलकिट सॉफ्टवेयर और अनुकूलित हार्डवेयर प्लेटफ़ॉर्म का लाभ उठाता है। जीनोमिक अनुसंधान में तेजी लाने के लिए सही हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर घटकों को चुनना, सैकड़ों एचपीसी विन्यासों के परीक्षण की आवश्यकता है।

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नतीजतन, पूरे मानव जीनोम को साढ़े पांच घंटे में अनुक्रमित किया जाता है, और केवल चार मिनट में एक्सोम होता है। त्वरण 40 गुना तक पहुंच जाता है। एक समर्पित सुपर कंप्यूटर क्लस्टर द्वारा समर्थित, बीजीआई के शोधकर्ता जल्द ही नए कोरोनोवायरस का अध्ययन करने और एक वैक्सीन बनाने के लिए GOAST का उपयोग करके सक्रिय काम शुरू करेंगे।

अल्पावधि में, प्रमुख उपभेदों के आधार पर विषाणु की भविष्यवाणी करने से अस्पतालों को रोगियों को अधिक कुशलतापूर्वक आवंटित करने में मदद मिल सकती है - उन्हें पता चल जाएगा कि कौन अधिक जोखिम में है और कौन से उपचार सबसे प्रभावी होंगे। लंबे समय में, एक टीका बनाने के अलावा, जीनोमिक इतिहास और वायरस की उत्पत्ति को जानने से भविष्य के प्रकोप को रोकने में मदद मिलेगी। सामान्य तौर पर, यह एक अविश्वसनीय रूप से विशिष्ट और जटिल पहेली है जिसे हल करने की आवश्यकता है।

आधुनिक उपकरण और प्रौद्योगिकियां COVID-19 से संक्रमित लोगों की मान्यता को गति प्रदान करेंगी, और वायरस जीनोम की विशेषताओं के अध्ययन से महामारी के सटीक निदान, सफल उपचार और रोकथाम में योगदान मिलेगा।

सुपर कंप्यूटर, जीनोम अनुक्रमण और कोरोनावायरस को हराने की संभावनाएं

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