Desvendando os Mistérios da Biofísica: Como a Nova Geração de Supercomputadores Está Transformando Nossa Compreensão do Universo Biológico

Em um artigo recentemente publicado na capa da revista científica Biophysical Journal, o Dr. Rafael Bernardi, professor do Departamento de Física da Auburn University, e o Dr. Marcelo Melo, pesquisador pós-doutorado no grupo do Dr. Bernardi, abordam as capacidades transformadoras da nova geração de supercomputadores no campo da biofísica.

O Dr. Bernardi, que é brasileiro e está há 11 anos nos Estados Unidos, destaca as qualidades desta nova geração de supercomputadores, denominada “exascale”. Um supercomputador exascale é capaz de realizar pelo menos um exaFLOP, ou seja, um quintilhão (10¹⁸) de operações de ponto flutuante por segundo (FLOPS). Esse marco é significativo no desenvolvimento de supercomputadores, representando um avanço em relação aos sistemas “petaFLOP”, que eram considerados de ponta na década anterior.

O cientista brasileiro destaca que “alcançar a computação exascale não é apenas sobre construir um hardware mais rápido, mas também implica desafios em termos de eficiência energética, design de software, resfriamento, entre outras considerações técnicas e logísticas.”

Esses supercomputadores são valiosos não só pela sua potência bruta, mas também porque conseguem processar enormes conjuntos de dados e realizar simulações complexas de forma mais rápida e eficiente. Em outras palavras, têm o potencial de acelerar o progresso em diversas áreas da pesquisa científica e engenharia.

No artigo, os pesquisadores de Auburn discorrem sobre a interseção da modelagem computacional com a biofísica experimental, projetando um futuro onde descobertas serão feitas com uma precisão inédita. Ao invés de serem meros observadores, os biofísicos computacionais de hoje, auxiliados pela computação de alto desempenho (HPC), são pioneiros que podem questionar longas suposições biológicas, explorar detalhes complexos e até criar novas proteínas ou projetar circuitos moleculares inéditos.

Um dos pontos-chave discutidos no artigo é a capacidade inovadora da biofísica computacional de analisar processos biológicos complexos, desde interações subatômicas até modelos de células completas, com uma minúcia impressionante. Conforme o Dr. Bernardi explica, “Os novos computadores exascale possibilitam que biofísicos computacionais ultrapassem os limites do que é experimentalmente possível, simulando processos biológicos com um nível de detalhamento jamais visto. Agora, por exemplo, conseguimos compreender como bactérias patogênicas se ligam aos humanos durante a infecção em um nível atômico, fornecendo dados para modelos de inteligência artificial e abrindo novas perspectivas para o desenvolvimento de terapias.” Este, aliás, é o foco principal das pesquisas do grupo do Dr. Bernardi, que estuda a mecânica de interação das proteínas de adesão durante infecções.

Historicamente, áreas como física e química confiavam fortemente em modelos teóricos para nortear seus experimentos. Atualmente, a biologia encontra-se em um ponto similar, com softwares inovadores e hardware especializado tornando-se essenciais para a interpretação de dados experimentais e para a proposição de novos modelos. O primeiro supercomputador exascale acessível à comunidade científica, o Frontier, implementado pelo Oak Ridge National Laboratory no final de 2021, juntamente com a crescente adoção de ferramentas de inteligência artificial específicas para biofísica, ilustra os avanços significativos realizados para integrar simulação e observação real de forma harmônica.

À luz dos recentes avanços, a crescente convergência entre a biofísica, bioquímica e as técnicas computacionais promete expandir as fronteiras do nosso entendimento. Esta sinergia entre experimentação e simulação está pavimentando o caminho para novas descobertas, capazes de reconfigurar profundamente a nossa percepção do universo biológico.