미국이 코로나19 확산을 막기 위해 슈퍼컴퓨터를 대량 투입해 백신과 치료제 개발을 앞당기고 있는 중이다.
24일 백악관은 보도자료를 통해 미 정부가 코로나19에 맞서기 위해 ‘코로나19 고성능 컴퓨팅 컨소시엄(COVID-19 High Performance Computing Consortium)’을 구축했다고 밝혔다.
이 컨소시엄에는 IBM과 아마존웹서비스(AWS), 구글 클라우드, HPE, 마이크로소프트 등의 기업들, NASA, 미국 국립연구소(US National Labs), MIT, 런셀러 폴리테크닉 대학, 백악관 과학기술정책실, 미국 에너지부 등이 공동 참여하고 있다.

“한 달 걸렸던 일 하루 만에 해결”

‘코로나19 고성능 컴퓨팅 컨소시엄’은 코로나19 퇴치에 필요한 다양한 연구를 위해 핵심적인 역할을 수행하고 있다.
마이클 크랫시오스(Michael Kratsios) 백악관 최고기술책임자(CTO)는 “코로나19와 싸우기 위해 미국이 힘을 합쳤다.”며, “현재 협업을 통해 백신 및 치료제 개발 등 중요한 연구를 수행하고 있다.”고 말했다.
미 에너지국(DOE) 산하 오크릿지국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)에서는 슈퍼컴퓨터를 동원해 코로나19 치료를 위한 물질을 찾고 있는 중이다.
고성능 슈퍼컴퓨터를 통해 신종 코로나바이러스(SARS-CoV-2)에 의한 호흡기 질환 발생 과정을 정밀 분석한 후 그 증상에 대응할 방법을 계산해 낸 다음 관련 데이터를 치료제 개발에 적용하는 방식이다.
분자생물학자 제레미 스미스(Jeremy Smith) 소장은 “슈퍼컴퓨터를 활용했을 때 일반 컴퓨터로 약 한 달 정도 걸리는 작업을 하루로 줄일 수 있다.”고 말했다.
연구소에서는 현재 단백질 분석을 통해 바이러스 구조와 활동 상황을 세밀하게 재현하고 있는 중이다. 스미스 소장은 “신종 바이러스(SARS-CoV-2)가 사람 세포에 침투할 때 핵심적인 역할을 하는 스파이크 단백질(spike protein) 분석을 이미 마쳤다.”고 말했다.
“현재 이 스파이크 단백질의 기능을 막을 수 있는 물질 리스트를 작성해 신약개발 기관으로 전달하고 있는데 이 리스트를 적용해 ‘SARS-CoV-2’ 활동을 막을 수 있는 복합물질, 즉 의약품을 개발할 수 있다.”고 말했다.
테네시 주에 위치한 테네시 약학대학교는 오크릿지 연구소에서 작성한 리스트를 적용해 신약을 개발하고 있는 중이다. 콜린 존슨(Colleen Jonsson) 교수는 “현재 ‘하이-스루아웃 스크린(high-throughput screen)’ 방식을 통해 다양한 신약 샘플을 실험 중에 있다.”고 밝혔다.

“팬데믹 끝장낼 후보물질 찾고 있어”

‘하이-스루아웃 스크린’이란 방식은 작은 공간에 사람 세포를 투입한 후 슈퍼컴퓨터에서 찾아낸 후보 물질을 투입해 그 효능을 시험하는 방식이다.
존슨 교수는 “신종 바이러스에 감염된 세포에 후보 물질을 투입한 후 2~3일 기다리면 후보 물질이 바이러스 활동을 어느 정도 억제하는지 알아낼 수 있다.”며, “슈퍼컴퓨터로 인해 이 과정이 놀라울 정도로 빨라졌다.”고 말했다.
연구진이 고대하고 있는 것은 이 후보물질 중 실제 치료 현장에 투입할 수 있는 물질을 찾아내는 일이다.
이와 관련 존슨 교수는 “아직 치료 효과가 있는 물질을 말할 수 있는 단계는 아니지만 슈퍼컴퓨터로 인해 연구 속도가 훨씬 빨라졌고, 신약 개발 시기가 앞당겨질 것을 확신하고 있다.”고 말했다.
신약 개발이 이곳에서만 진행되고 있는 것은 아니다.
IBM, MS 등 4개 민간 기업, MIT 등 2개 학술기관, 미 에너지부 국립연구소 등 6개 국립 기관, 그리고 국립과학재단(NSF) 등도 슈퍼컴퓨터를 총동원해 신약 물질을 찾고 있다.
그중에서도 미 에너지부 국립연구소에서는 코로나19를 치료할 수 있는 후보물질 개발에 큰 진전이 있었던 것으로 알려지고 있다. 미 에너지부(DOE)의 폴 다바(Paul Dabbar) 과학 담당 차관은 “후보물질을 검증할 기관을 찾고 있다.”고 말했다.
국립 핵안보실(National Nuclear Security Administration)도 세계 최고 수준의 슈퍼컴퓨터를 가동하고 있는 중이다. 미국 과학기술국(OSTP)과 협력해 후보물질을 개발하고 있는데 관계자는 “팬데믹을 끝장낼 후보물질을 찾고 있다.”고 말했다.
테네시 약학대학의 존슨 교수는 “어떤 기관이든 먼저 약효가 있는 후보물질을 찾아내는 기관이 영예를 차지하게 될 것”이라고 말했다.
실제로 컨소시엄에서는 온라인 포탈을 통해 코로나19와 관련된 연구 과제를 제안할 수 있다. 새로운 제안이 들어오면 컴퓨팅 리소스를 통해 적합도를 평가한 후 관련 연구기관과 슈퍼컴퓨터를 연계해 새로운 프로젝트를 시행하게 된다.
한편 코로나19 발병으로 홍역을 치른 중국 정부 역시 슈퍼컴퓨터를 동원해 신약 개발에 총력을 기울이고 있다. 톈진(天津) 국립슈퍼컴퓨터센터(National Supercomputer Center)에서는 지난 1월부터 슈퍼컴퓨터를 신약 개발에 투입하고 있는 중이다.
그러나 어떤 과정을 통해 신약 개발이 이루어지고 있는지에 대한 구체적인 내용은 알려지지 않고 있다. 미국과 중국의 슈퍼컴퓨터 경쟁이 코로나19 치료제 개발에서도 뜨겁게 전개되고 있는 양상이다.
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