Acelerar La Investigación y Los Ensayos Médicos

Información general

Desafío

• Acelerar las pruebas y la investigación del SARS-CoV-2 (COVID-19) y analizar grandes cantidades de datos con flexibilidad.

Solución

• Implantar una infraestructura convergente de alto rendimiento y automatización para ejecutar análisis complejos con mayor rapidez.

Resultado

• Aumento del rendimiento de los análisis para procesar grandes cantidades de datos de secuenciación de ADN a la semana.
• Aceleración de la investigación médica (incluida la COVID-19) proporcionando información instantánea y eliminando retrasos.
• Transformación de la infraestructura estática en una solución de clúster dinámica y altamente automatizada.
• Establecimiento una plataforma informática interna de alto rendimiento ágil y modular

Desafío

La Investigación Médica Al Servicio De La Salud Pública

El Karolinska Institutet es una de las principales universidades médicas del mundo. Su misión es contribuir a la mejora de la salud humana, y genera más de 6.000 publicaciones científicas revisadas por pares al año. La universidad ocupa una posición única en el mundo académico, ya que la Asamblea Nobel del Karolinska Institutet se encarga de seleccionar a los premios Nobel de Fisiología o Medicina.

El Centre for Translational Microbiome Research (CTMR) del Departamento de Microbiología, Tumores y Biología Celular del Karolinska Institutet es una innovadora asociación público-privada con Ferring Pharmaceuticals. Ferring Pharmaceuticals es una empresa biofarmacéutica especializada y orientada a la investigación con sede en Suiza y raíces en Suecia.

Los investigadores del CTMR trabajan para acelerar la investigación de todos los aspectos de las enfermedades crónicas del tracto gastrointestinal y para comprender mejor el impacto del microbioma en la salud reproductiva. El objetivo principal es liberar el potencial del microbioma humano -la comunidad de organismos microbianos que se encuentran en los sistemas digestivos del cuerpo- para mejorar los tratamientos y prevenir enfermedades.

Fredrik Boulund, Jefe de Bioinformática del CTMR, explica: "Gran parte de nuestro trabajo consiste en analizar muestras de laboratorio. Cuando analizamos datos de secuenciación de ADN, el primer paso es determinar qué microbios hay en la muestra. Analizamos los datos multidimensionales del microbioma para comprender la composición de la comunidad. El segundo paso es investigar qué hacen los microbios en la muestra: qué consumen y qué pueden producir. Tenemos que establecer cómo se relacionan las capacidades de las comunidades del microbioma en las muestras con nuestras preguntas de investigación".

Esta investigación es muy intensiva en computación y memoria. El CTMR tiene acceso a ordenadores de alto rendimiento (HPC) compartidos a través de la Infraestructura Nacional Sueca de Computación (SNIC). Sin embargo, necesitaba acceder a una capacidad de cálculo más flexible a lo largo del año para procesar grandes lotes de muestras que llegan en momentos difíciles de predecir.

"Utilizar recursos informáticos externos era una opción valiosa, pero también limitaba nuestra productividad", afirma Boulund. "El flujo de trabajo general ofrecía un bucle de retroalimentación lento. Tras planificar el análisis, teníamos que cargar los datos en bruto en los sistemas HPC compartidos y enviar los trabajos de cálculo a la cola central. Luego teníamos que esperar horas o incluso días hasta que los trabajos se completaran, o fallaran. Cuando empezamos a superar nuestras asignaciones en los sistemas HPC compartidos, empezamos a buscar nuevas opciones para obtener información de forma más rápida y flexible".

En 2020, el Gobierno sueco también encargó al CTMR que fuera más allá de la investigación fundamental y creara un nuevo Centro Nacional de Pandemias (CNP). El CNP se puso en marcha junto con el Science for Life Laboratory (SciLifeLab), una organización de apoyo a las biociencias moleculares en Suecia. Para reforzar la respuesta sueca a COVID-19, el CNP analizó aproximadamente 45.000 pruebas semanales de COVID-19 basadas en PCR. A lo largo de la pandemia en Suecia creció hasta convertirse en una de las mayores instalaciones de laboratorio de Suecia para análisis de SARS-CoV-2 (COVID-19). En algunos momentos, el CNP proporcionó hasta una quinta parte de la capacidad total de análisis del país.

Una de las principales responsabilidades del CNP es poner a disposición de los investigadores que trabajan en COVID-19 tecnologías y conocimientos avanzados. "Cuando empezamos el trabajo sobre la pandemia, de repente tuvimos que tratar con muchos más datos", añade Boulund. "Nuestro equipo necesitaba ampliar rápidamente nuestra capacidad de análisis de datos para poder ayudar a avanzar en la investigación del SARS-CoV-2".

Solución

TI Flexible y Rápida Donde Realmente Se Necesita

Al ver la necesidad de recursos de TI más potentes, Hitachi Vantara se puso en contacto con el CTMR para apoyar la investigación y las pruebas de COVID-19. El CTMR ejecutaba servicios de TI y trabajos de análisis en dos servidores físicos, en una configuración muy estática sin virtualización ni capacidad de ampliación.

El equipo de Hitachi Vantara diseñó una solución de infraestructura convergente para el CTMR. En un esfuerzo conjunto, implementaron una solución Hitachi Unified Compute Platform CI en combinación con matrices Hitachi Virtual Storage Platform F370. Hitachi Vantara seleccionó conmutadores Cisco para garantizar un rendimiento optimizado de la red.

La solución integra software de computación, almacenamiento, red y gestión, y proporciona un alto nivel de flexibilidad mediante el uso de la virtualización VMware para ajustar los recursos de forma dinámica. Mientras tanto, el software Hitachi Unified Compute Platform Advisor simplifica la gestión de los sistemas y automatiza las tareas de administración. El equipo también puede desplegar y utilizar por sí mismo herramientas HPC estándar como Slurm para la gestión de clusters y la programación de trabajos en toda la infraestructura de servidores virtualizados.

Hitachi Vantara colaboró con sus socios Cisco y VMware para ofrecer un préstamo completo al CTMR con el fin de acelerar la implantación. "Hitachi Vantara, Cisco y VMware hicieron una oferta muy generosa", señala Boulund. "Su compromiso y flexibilidad comercial nos permitieron aprovechar una nueva y potente solución de TI incluso antes de tener asegurada la financiación completa".

La solución cumple las estrictas normas y requisitos de la TI central de la universidad, y está instalada en uno de los principales centros de datos de la universidad.

Resultados

Combatir Una Pandemia Mundial y Generar Información Al Instante

Gracias a Hitachi Vantara, el CTMR ha establecido una plataforma HPC interna ágil y modular. Al gestionar sus recursos con la virtualización VMware y Hitachi UCP Advisor, el CTMR ha podido agilizar la administración del sistema y automatizar las tareas de implementación y gestión del sistema. El equipo puede reconfigurar su clúster de forma rápida y sencilla activando y desactivando máquinas virtuales para tareas informáticas específicas según sea necesario.

"Las capacidades de automatización de Hitachi UCP Advisor nos permiten lanzar nuevas instancias bajo demanda basadas en plantillas estandarizadas", explica Boulund. "Este enfoque nos ayuda a adaptar el tamaño de las instancias a las tareas de procesamiento, maximizando el rendimiento de los proyectos con poca antelación. Esto significa que podemos ser mucho más inteligentes en el uso de nuestros recursos y, a largo plazo, responder más rápidamente a las peticiones de nuestros investigadores."

La solución ayuda al CTMR a aprovechar al máximo la secuenciación de ADN de alto rendimiento de nueva generación, capaz de generar semanalmente grandes cantidades de datos de secuenciación. "Las ventajas prácticas para nuestros investigadores son considerables", confirma Boulund. "Podemos generar nuevos conocimientos en plazos mucho más cortos. Antes, podíamos tardar días o incluso semanas en obtener los resultados, lo que ralentizaba enormemente nuestra investigación."

"De manera crucial, hemos utilizado la solución de infraestructura convergente Hitachi Vantara para analizar y ensamblar las secuencias completas del genoma del SARS-Cov-2". Esta investigación se publicará para contribuir al esfuerzo mundial de científicos y personal médico por combatir la pandemia de COVID-19 con mayor eficacia."

Boulund concluye: "En el pasado, el engorroso proceso de preparación de datos para su análisis en recursos HPC compartidos no se ajustaba bien a nuestras necesidades de investigación. Gracias a la ayuda de Hitachi Vantara, ahora podemos analizar grandes lotes de datos mucho más rápido, internamente y en cualquier momento. Junto con Hitachi Vantara, VMware y Cisco, hemos modernizado nuestra TI y construido un centro de datos flexible, robusto y altamente automatizado. El aumento del rendimiento nos está ayudando a avanzar en la ciencia e inspira a nuestros investigadores para obtener una comprensión aún más profunda del cuerpo humano."