Mare Nostrum, el superordinador que planta batalla a la Covid-19 des de tots els angles

Com tants centres de recerca, el Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC) s'ha bolcat en la recerca sobre el coronavirus SARS-CoV-2.

Aquestes recerques tenen diverses orientacions, des d'aplicar la bioinformàtica per investigar el virus i possibles tractaments fins a fer servir la intel·ligència artificial, el processament del llenguatge natural i tècniques de "big data" per analitzar la propagació i l'impacte de l'epidèmia.

A més, la capacitat del seu superordinador, el Mare Nostrum, capaç de fer milers de bilions d'operacions per segon –el que s'anomenen petaflops- és bàsica per als càlculs complexos que es necessiten en la majoria d'aquestes investigacions.

En el BSC es processen recerques d'investigadors de tot el món. Però també compta amb els seus propis equips, que busquen nous medicaments o un sistema per optimitzar els recursos sanitaris de cara a futurs rebrots o posen en marxa aplicacions de mòbil per rastrejar possibles infectats i els seus contactes.

Els diversos projectes de recerca es poden veure a la web del BSC. Aquí en destacarem alguns.

Buscar fàrmacs estalviant temps i diners

Un dels grans avantatges dels superordinadors és que permeten simular molts processos. Això estalvia molt de temps i molts diners, perquè evita moltes proves de laboratori.

Un exemple el tenim amb la recerca de medicaments, tant per al tractament com preventius, com explica Víctor Guallar, professor ICREA del BSC:

"Busquem medicaments que no només siguin actius contra el SARS-CoV-2, sinó també contra altres coronavirus, com el SARS-1 o el MERS, i així ens puguem anticipar al coronavirus que vindrà d'aquí tres, quatre anys o a variacions d'aquest."

Gracies al superordinador, aquesta recerca es fa a partir de simulacions informàtiques que reprodueixen "in silico" –en els xips de silici- les possibles vies per on atacar el virus.

Així, simulant a l'ordinador la interacció entre el virus i les molècules que podrien servir per fabricar vacunes, tractaments amb anticossos o tractaments amb fàrmacs, s'evita haver de fer tants assaigs "in vitro" o "in vivo" en el laboratori.

La recerca o cribratge de fàrmacs per ordinador és molt útil, com explica el doctor Guallar:

"Filtrem els possibles experiments que la gent farà al laboratori. Així tenim més probabilitats d'èxit, reduïm costos i avancem per fer més ràpid el procés de descobriment de teràpies."

Reunir i analitzar la informació

Per fer-ho cal tenir molta informació sobre un virus que es coneix des de fa pocs mesos. Per això, investigadors del Departament de Ciències de la Vida del BSC participen en el mapa de malalties Covid-19.

Es tracta d'un esforç d'investigadors de 25 països per reunir i organitzar el coneixement generat fins al moment sobre el mapa molecular de virus i els mecanismes d'interacció entre el SARS-CoV-2 i l'hoste.

També és molt important comprendre com han evolucionat els coronavirus al llarg de diferents epidèmies, com la de la SARS del 2003, la MERS del 2012 o l'actual Covid-19. Això pot permetre entendre com passa el virus d'una espècie a una altra i quins canvis ha d'experimentar per fer-ho.

Per això, s'estudien seqüències genòmiques de les diferents mutacions del virus i de diferents espècies animals. La informació s'analitza amb programes informàtics dissenyats expressament per a aquesta finalitat, alguns desenvolupats al mateix BSC i d'altres per altres equips.

Ajudar els metges en les decisions

També s'emmagatzema, ordena i analitzar la gran quantitat de dades clíniques de pacients de Covid-19 que es van acumulant. Així es poden crear eines que assisteixin els clínics en el diagnòstic i tractament de la malaltia.

En aquest camp, el BSC col·labora amb hospitals, centres de salut i especialitats mèdiques en la recollida, emmagatzematge i ordenació d'aquestes dades i en la creació d'eines per buscar patrons útils a l'hora de fer diagnòstics i que ajudin a prendre decisions sobre tractaments.

En el camp concret de les imatges, es recullen i analitzen tomografies pulmonars de pacients de Covid-19. Això forma part del projecte REACT, que té com a objectiu posar a disposició de la comunitat europea d'intel·ligència artificial un mínim de 40.000 TAC, cadascun amb 5.000 imatges.

D'aquesta manera, s'intentarà crear algoritmes que assisteixin els clínics a l'hora de diagnosticar, a partir de les imatges, si un pacient està afectat per la Covid-19, de determinar la severitat del cas i predir la seva evolució.

Optimitzar els recursos sanitaris

D'altres projectes s'adrecen a la gestió sanitària. El BSC, juntament amb l'Hospital Clínic i el centre de Recerca en Economia i Salut de la Universitat Pompeu Fabra, està desenvolupant models predictius d'ocupació de llits en centres sanitaris.

Aquests models ofereixen prediccions d'ocupació a una setmana vista, tant dels llits hospitalaris com de centres relacionats, com ara instal·lacions extraordinàries per fer front a la pandèmia.

L'objectiu d'aquesta eina és planificar la logística sanitària, tant en fases agudes de la pandèmia com en el retorn als hospitals de pacients afectats per altres malalties, com explica Alfonso Valencia, investigador i professor ICREA i director del Departament de Ciències de la Vida del BSC:

"Tenir informació per organitzar els recursos de la millor manera possible i que no ens agafi una segona onada tan poc preparats com estem en aquesta primera."

Tots aquests treballs presenten molta urgència i això fa que els investigadors s'afanyin tant com poden. El doctor Valencia espera que al setembre "estiguin a punt els sistemes que informin millor si hi ha un brot a determinada regió, la probabilitat que arribin casos i els recursos que es necessitaran".

El servei de suport a l'usuari del BSC també ha assistit els governs català i espanyol en el cribratge de contractes públics de compra per localitzar material adquirit per centres que no es dediquen a l'atenció sanitària. Es tracta de localitzar quins d'aquests aparells, sobretot respiradors, són susceptibles de ser traslladats a centres de salut.

Posar en marxa aplicacions de mòbil

Una altra línia està posant a punt aplicacions de mòbil que rastrejaran possibles infectats i els seus contactes. Un dels objectius és que quan milions de persones tinguin aquestes apps, els sistemes es puguin parlar entre ells i processar la informació.

També serveix per estudiar el comportament, com detalla Jorge García Vidal, catedràtic de la Universitat Politècnica de Catalunya i investigador sènior al BSC:

"Fem simulacions a l'ordinador del comportament de les persones que tenen l‘aplicació i en funció d'aquests models estimem quin seria, per exemple, el nombre de gent a qui s'envia notificacions."

De la contaminació de l'aire a les notícies falses

En el BSC es fan molts altres estudis sobre la incidència de la Covid-19 en els àmbits més diversos. Així, el Departament de Ciències de la Terra estudia l'impacte de les mesures de confinament en la qualitat de l'aire.

El grup de recerca Intel·ligència Artificial d'Altes Prestacions, per la seva banda, col·labora amb l'Unicef en un projecte que pretén analitzar l'impacte socioeconòmic del virus de manera local i global. S'espera, així, trobar indicadors, patrons i estadístiques que serveixin per prendre millors decisions i més ràpides.

El grup de Social Link Analytics coordina l'anàlisi dels tuits publicats que estan relacionats amb la Covid-19. Això servirà per conèixer l'evolució diària del sentiment de la ciutadania en relació amb la pandèmia.

Altres científics del mateix grup col·laboren en un projecte que investiga les dinàmiques de difusió en xarxes socials de notícies falses sobre salut a Espanya.

Tot plegat és només una mostra del que fa aquest centre d'investigació, on ara mateix treballen més de 700 experts i al qual investigadors de tot el món envien projectes i càlculs per aprofitar la gran potència del superordinador Mare Nostrum.