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Durchbruch in der HIV-Forschung mit NVIDIA-GPUs erreicht

Mitarbeiter der University of Illinois entdecken mit Hilfe der weltgrößten Computer-Simulation auf atomarer Ebene eine neue Vorgehensweise zur Bekämpfung des Virus

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Tesla K20
Blue Waters Cray Supercomputer
HIV Capsule
HIV Capsule
Schulten

Santa Clara, Kalifornien, 29. Mai 2013—Wissenschaftler der University of Illinois at Urbana-Champaign (UIUC) haben einen bedeutenden Durchbruch im Kampf gegen die Ausbreitung des Human Immunodeficiency Virus (HIV) durch den Einsatz von NVIDIA-Tesla-GPUs erreicht.

Die aktuelle Titelgeschichte des häufig zitierten, fachübergreifenden Wissenschaftsmagazins „Nature“ beschreibt detailliert, wie die UIUC-Wissenschaftler zusammen mit Forschern der University of Pittsburgh School of Medical Sciences erstmalig die exakte chemische Struktur des HIV-Kapsids, der Proteinhülle, die das genetische Material des Virus schützt und für seine Virulenz verantwortlich ist, bestimmen konnten. Das Verstehen dieser Struktur könnte der Schlüssel für die Entwicklung neuer und effektiverer antiretroviraler Medikamente sein, um ein Virus zu bekämpfen, das schätzungsweise bisher 25 Millionen Menschen getötet hat und an dem sich weitere 34 Millionen infiziert haben.1

Den UIUC-Wissenschaftlern ist es gelungen, Details der Kapsid-Struktur sichtbar zu machen. Dazu führten sie erstmalig eine ausschließlich auf atomarer Ebene basierende Simulation des HIV auf dem Blue-Waters-Supercomputer durch. Mit insgesamt 3.000 NVIDIA-Tesla-K20X-GPUs lieferte der Cray-XK7-Supercomputer den Wissenschaftlern die nötige Rechenleistung, um die bis dato größte veröffentlichte Simulation mit 64 Millionen Atomen zu realisieren.

„Ohne die Leistungsfähigkeit des GPU-beschleunigten Supercomputers Blue-Waters wäre es äußerst schwierig geworden, eine Simulation dieser Größenordnung durchzuführen“, sagt Klaus Schulten, Physikprofessor an der University of Illinois. „Wir setzen GPUs schon seit fünf Jahren ein und haben dadurch unser Forschungstempo fundamental beschleunigt.“

NVIDIA-Tesla-GPUs sind konstruiert, um ein breites Spektrum an wissenschaftlichen und technischen Computing-Anwendungen zu beschleunigen. Sie ermöglichen es Forschern weltweit, entscheidende Durchbrüche auf verschiedensten Wissenschaftsgebieten zu erzielen – inklusive der Gebiete alternative Energien, Astrophysik, Medikamentenentwicklung und Klimaforschung. GPUs liefern eine deutlich höhere Leistung als rein CPU-basierte Systeme und bieten eine bessere Energieeffizienz.

„GPUs helfen Forschern bei wissenschaftlichen Entdeckungen maßgeblich, da sie es ermöglichen, große Probleme zu lösen und Einblick in komplexe Systeme geben“, sagt Sumit Gupta, General Manager of the Tesla Accelerated Computing Business Unit bei NVIDIA. „Die beiden Supercomputer Blue Waters und Titan – die weltweite Nr. 1 unter den offenen, wissenschaftlichen Supercomputern in den Oak Ridge National Labs – sind nur zwei von vielen mit GPUs ausgestatteten Systemen, die die nächste Welle bedeutender, wissenschaftlicher Entdeckungen ermöglichen.“

Kapsid als Schlüssel für effektivere Medikamente
Von der geplanten Erweiterung des Blue-Waters-Systems durch zusätzliche GPUs wollen die Wissenschaftler die Simulationszeiten weiter erhöhen, um zusätzliche Einblicke in die Struktur und das Verhalten des HIV-Kapsids zu erhalten.

Kapside sind zu beliebten Forschungsobjekten geworden, wenn es um die Entwicklung von neuen antiretroviralen Medikamenten geht. Vor allem, seit Rhesusaffen eine Immunität gegen HIV durch ein Protein entwickelt haben, das die Funktionsfähigkeit von Kapsiden stört.

Bei einem Kapsid handelt es sich um die Proteinzelle eine Virus, die das genetische Material des Virus beherbergt. Das Kapsid schützt das genetische Material und „schmuggelt“ es in menschliche Wirtszellen. Dort angekommen setzt das Kapsid das genetische Material frei und initiiert die Infektion.
Bisher gibt es keine medikamentöse Behandlung, die sich auf Kapside konzentriert. Durch das bessere Verstehen der Struktur des HIV-Kapsids erhalten Pharmakologen eine Fülle neuer Informationen, mit denen sie neue und potenziell effektivere antivirale HIV-Medikamente entwickeln können.

Über Tesla-GPUs
NVIDIA-Tesla-GPUs sind leistungsstarke Parallelbeschleuniger, die auf NVIDIAs Parallel-Computing-Plattform CUDA basieren. Tesla-GPUs sind von Grund auf für energieeffizientes High Performance Computing, computergestützte Naturwissenschaften und Supercomputing entwickelt. Sie ermöglichen eine deutlich höhere Beschleunigung für eine Vielzahl von wissenschaftlichen und kommerziellen Anwendungen als reine CPU-basierte Lösungen.

Um mehr über CUDA zu erfahren, besuchen Sie die CUDA-Webseite. Folgen Sie uns auch auf Twitter (@NVIDIATesla).

Über NVIDIA
NVIDIA (NASDAQ: NVDA) leistet seit 1993 Pionierarbeit auf dem Gebiet des visuellen Computings. Die Technologien des Unternehmens transformieren Bildschirmwelten in eine Welt von interaktiven Erlebnissen für Gamer und Wissenschaftler, für Endkunden und Unternehmen. Weitere Informationen gibt es unter http://www.nvidia.de und http://nvidianews.nvidia.com.

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1 Quelle: http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs360/en/index.html