Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centrs (BMC) pēdējos gados plaši izmanto Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) HPC centra superdatora resursus. Eiropas “1+ Miljons Genomu” iniciatīva, Latvijas valsts genoma bankas izveide – tie ir projekti, kuri bez superdatora jeb augstas veiktspējas skaitļošanas (High-Performance Computing (HPC)) resursiem nebūtu iespējami.
Tas nebija 1 dienas lēmums
Pirmā iepazīšanās ar superdatoru iespējām un to, kā tas var palīdzēt zinātniskajos pētījumos, LU Biomedicīnas pētījumu un studiju centrā notika kādā prezentācijā, kuru darbiniekiem vadīja RTU eksperts Lauris Cikovskis.
“Cik daudz laika no prezentācijas līdz lēmuma pieņemšanai par HPC klastera izmantošanu pagāja, to no šodienas skatu punkta grūti izmērīt. Atceros, ka kādu dienu manā kabinetā ienāca mūsu pētnieku grupa un teica – ja genoma datu uzdevumu uzliks uz mūsu resursiem, par rezultātiem varēsim runāt tikai pēc trīs mēnešiem. Tik ilgs laiks paies, kamēr mūsu pašu datori izanalizēs genoma datus. Kamēr HPC klasterī šāds darbs aizņemtu tikai dažas stundas,” sadarbības aizsākumu ar RTU HPC centru atceras Jānis Kloviņš, BMC Precīzijas medicīnas grupas vadītājs.
“Izpētījām gan komercsektora piedāvājumu, gan RTU HPC centra un sapratām – mūsu pētījumiem visatbilstošākais ir tieši RTU HPC centra piedāvājums. Mūsu ekspertiem ir salīdzinoši ērti piekļūt HPC resursiem, kā arī – varam maksāt tik, cik esam patērējuši.”
J. Kloviņš uzskata, ka sadarbība ar RTU HPC centru ir labs piemērs, kā no universitāšu zinātnes resursiem iegūst Latvijas zinātne.
Vai bija viegli uzsākt lietot HPC resursus?
“Jā, cik atceros, tas tiešām bija salīdzinoši vienkārši. Mūsu darbinieki sekoja līdzi instrukcijām, ieguva papildu zināšanas. Pašlaik superdatora resursus izmantojam diezgan plaši,” atzīst J. Kloviņš. Ja salīdzina statistikas datus grafikā, tad, sākot ar 2018. gadu, datu apstrāde piedzīvojusi būtisku pieaugumu, kas turpinās un turpināsies arī turpmāk.
3 galvenie virzieni, kuros izmantojam superdatoru:
- 1+MG Eiropas līmeņa projekts “1+ miljona genoma dati”. BMC pēta Latvijas cilvēka genomus. Projekta laikā plānots apkopot 3500 cilvēku genomus, kurus varēs izmantot zinātnieki un ārsti visā pasaulē. Latvijas iedzīvotāji, visi, kas vēlējās, varēja kļūt par daļu no šī pētījuma. Projekta dalībnieki nākamgad varēs saņemt savu genoma datu analīzi. Tas nozīmē – teorētiski varēs uzzināt, kādi riski ir kādai no nākotnes saslimšanām, lai mainītu savus ikdienas veselīga dzīvesstila paradumus jau tagad, lai nākotnē izvairītos no šīs saslimšanas. Šī projekta galvenais mērķis – izveidot Latvijas populācijas genoma referenci, kas tiks izmantota slimību prognostikai, skrīningu plānošanai, ārstēšanas optimizācijai un zinātnes attīstībai. Projekta ietvaros izveidotā Latvijas genoma reference kopā ar citu Eiropas valstu populācijas genoma datiem tiks iekļauta vienotā Eiropas genoma datu bāzē iniciatīvas “1+ miljons genomu” (1+MG) ietvaros. 1+MG iniciatīvas mērķis ir nodrošināt drošu piekļuvi ģenētiskajiem un ar paraugiem saistītajiem klīniskajiem datiem visā Eiropā, lai uzlabotu pētniecību, attīstītu personalizētu veselības aprūpi un palīdzētu efektīvāk pieņemt lēmumus veselības aprūpes politikas veidošanā (vairāk informācijas par 1+MG iniciatīvu šeit>>).
Šī projekta īstenošanā BMC cieši sadarbojas ar RTU asociēto profesoru Jāni Kamparu.
- Latvijas genoma banka
Latvijas valsts programmas ietvaros tiek izstrādāta valsts iedzīvotāju genoma datubāze. Šī projekta mērķis ir izveidot nacionāla līmeņa pētniecisko platformu biomedicīnā.
Vai cilvēkam tas varētu nozīmēt, ka nākotnē nodosim asins analīzes un pēc rezultātiem varēs uzzināt potenciālos riskus, ar ko var saslimt?
“Jā, var teikt, ka tieši šajā virzienā pašlaik attīstās medicīna. Veidojam lielu datu banku. Parasti datus jāuzkrāj vismaz 20 gadus. Latvija pašlaik ir šī ceļa pašā sākumā,” skaidro J. Kloviņš, turpinot ieskicēt nākotnes medicīnu, kurai zinātne pašlaik palīdz attīstīties.
Ārsts, strādājot ar konkrēto pacientu, saprot, ka nepieciešams padziļināti izpētīt cilvēka genomu. Viņš izveido uzdevumu, definējot – kādus datus genoma bankā pēc kādiem atlases kritērijiem atrast. Nospiež pogu, uzdevums tiek pildīts visā Eiropā (vai vēl ideālistiskākā nākotnes scenārijā – visā pasaulē). Rezultātā ārsts iegūst lielu datu apjomu, kas var palīdzēt turpmākajā konkrētā pacienta ārstēšanas procesā.
- Covid-19 pētījumi turpinās
“Pandēmijas laikā superdatora resursi tika izmantoti, lai sekotu līdzi Covid-19 vīrusa izplatībai un noteiktu, kāds konkrētajā brīdī sabiedrībā saslimušo vidū ir vadošais vīrusa paveids. Sadarbībā ar BIOR tika monitorēti notekūdeņi un iegūti dati,” tā J. Kloviņš. Pandēmijas laikā uzkrāti ļoti daudz unikālu vīrusa datu, kurus pašlaik jau vairs nebūtu iespējams iegūt, jo cilvēki ir vakcinējušies, citi – diemžēl vīrusa dēļ miruši. Arī pašlaik saistībā ar Covid-19 pētījumi turpinās. Kaut arī vīrusa dati, salīdzinot ar cilvēka genoma datiem, ir salīdzinoši mazi apjoma ziņā, vienalga HPC resursi būtiski paātrina pētījumu veikšanas procesu.
Covid-19 pandēmijas laiks daudziem bija sarežģīts un izaicinošs, bet tas ienesa arī jaunas inovācijas. Viena no tādām – BMC, sadarbojoties ar SIA “Mikrotīkls” un LMT izveidoja datu tīklu, kurš tiek izmantots arī šobrīd. Tas nodrošina ātru lielo datu pārraidi.
Ieteikumi tiem, kas ir superdatoru lietošanas ceļa pašā sākumā
“Galvenais nebaidīties izpētīt superdatoru iespējas. Ir daudz instrukciju, kurām var sekot. HPC resursu turētāji parasti sniedz arī konsultācijas un atbalstu, kas bija noderīgs arī mūsu institūta speciālistiem,” izpētīt jaunās iespējas iedrošina J. Kloviņš.
Viņš piekrīt, ka Latvijā HPC jomas ekspertu joprojām ir maz un to trūkst, tādēļ būtu noderīgi, ja visi esošie, jomā strādājošie turētos kopā un viens otru atbalstītu. “Koučinga un mentoringa programma būtu ļoti laba. Arī mēs institūtā esam kaut ko līdzīgu ieviesuši. Visi bioinformātiķi ikdienā sēž vienā telpā. Pieredzējušie kolēģi apmāca jaunpienācējus. Jaunajiem ekspertiem labi padodas apgūt HPC sistēmas. Ja jau padodas, varu secināt, ka tik grūti iemācīties sākt lietot superdatoru, nav,” sarunas noslēgumā pauž J.Kloviņš. Ja Latvijā izveidotos iniciatīva, kurā esošie HPC eksperti sadarbotos, dalītos ar pieredzi un zināšanām, arī Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centrs būtu gatavs šajā iniciatīvā iesaistīties.
Foto: Pixabay.com.