CTMR Karolinska Institutet
개요
도전 과제
- SARS-CoV-2(COVID-19) 테스트 및 연구를 가속화하고 유연하게 대량의 데이터를 분석합니다.
솔루션
- 고성능 및 자동화 기능을 갖춘 컨버지드 인프라스트럭처를 구축하여 복잡한 분석을 더 빠르게 실행할 수 있습니다.
결과
- 주당 대량의 DNA 염기서열 분석 데이터를 처리할 수 있도록 분석 성능 확장
- 즉각적인 통찰력을 제공하고 지연을 제거하여 의료 연구(COVID-19 포함)를 가속화합니다.
- 정적 인프라를 동적이고 고도로 자동화된 클러스터 솔루션으로 변환합니다.
- 민첩한 모듈식 사내 고성능 컴퓨팅 플랫폼을 구축합니다.
“Crucially, we have used the Hitachi Vantara converged infrastructure solution to analyze and assemble complete SARS-Cov-2 genome sequences. This research will be published to contribute to the global effort of scientists and medical staff to combat the COVID-19 pandemic more effectively.”
Fredrik Boulund, Head of Bioinformatics, Centre for Translational Microbiome Research, Karolinska Institutet
도전 과제
의학 연구를 통한 공중 보건 증진
카롤린스카 연구소(Karolinska Institutet)는 세계 최고의 의과 대학 중 하나입니다. 그 임무는 인류 건강 개선에 기여하는 것이며 연간 6,000개 이상의 동료 심사 과학 출판물을 생성합니다. 이 대학은 학계에서 독특한 위치를 차지하고 있습니다. 카롤린스카 연구소의 노벨 총회는 생리학 또는 의학 분야의 노벨상 수상자를 선정하는 책임을 맡고 있기 때문입니다.
Karolinska Institutet의 의대 미생물학, 종양학 및 세포생물학과의 전환 연구 마이크로바이옴 연구 센터(CTMR)는 페링 제약(Ferring Pharmaceuticals)과의 혁신적인 민관 협력 프로젝트입니다. 페링 제약(Ferring Pharmaceuticals)은 스위스에 본사를 두고 있으며, 스웨덴에서 뿌리를 둔 연구 중심의 특수 생명공학 제약 회사입니다.
CTMR의 연구원들은 위장관 만성 질환의 모든 측면에 대한 연구를 가속화하고 마이크로바이옴이 생식 건강에 미치는 영향을 더 잘 이해하기 위해 노력하고 있습니다. 주요 목표는 신체의 소화 기관에서 발견되는 미생물 군집인 인간 마이크로바이옴의 잠재력을 발휘하여 치료법을 개선하고 질병을 예방하는 것입니다.
CTMR의 생물정보학 책임자인 페드릭 브룬드(Fredrik Boulund)는 "우리 작업의 대부분은 실험실 샘플을 분석하는 것입니다. DNA 염기서열 분석 데이터를 볼 때 첫 번째 단계는 샘플에 어떤 미생물이 있는지 확인하는 것입니다. 우리는 커뮤니티 구성을 이해하기 위해 다차원 마이크로바이옴 데이터를 분석합니다. 두 번째 단계는 미생물이 샘플에서 무엇을 하고 있는지, 즉 미생물이 무엇을 소비하고 무엇을 생산할 수 있는지 조사하는 것입니다. 우리는 샘플에 있는 마이크로바이옴 군집의 능력이 우리의 연구 질문과 어떤 관련이 있는지 규명해야 합니다."
이 연구는 컴퓨팅 및 메모리 집약적입니다. CTMR은 SNIC(스웨덴 국가 컴퓨팅 인프라)를 통해 공유 고성능 컴퓨터(HPC)에 액세스할 수 있습니다. 그러나 예측하기 어려운 시점에 도착하는 대량의 샘플을 처리하기 위해 연중 내내 보다 유연한 컴퓨팅 용량에 액세스할 수 있어야 했습니다.
"외부 컴퓨팅 리소스를 사용하는 것은 중요한 옵션이었지만 생산성을 제한하기도 했습니다"라고 브룬드(Boulund)씨는 말합니다. "전반적인 워크플로우는 느린 피드백 루프를 제공했습니다. 분석을 계획한 후에는 원시 데이터를 공유 HPC 시스템에 업로드하고 컴퓨팅 작업을 중앙 대기열에 제출해야 했습니다. 그런 다음 작업이 완료되거나 실패할 때까지 몇 시간 또는 며칠을 기다려야 했습니다. 공유 HPC 시스템에 대한 할당량이 초과되기 시작하면서 더 빠르고 유연하게 인사이트를 얻을 수 있는 새로운 옵션을 찾기 시작했습니다."
2020년, CTMR은 스웨덴 정부의 요청에 따라 기초 연구의 영역을 넘어 새로운 국가 팬데믹 센터(NPC)를 설립했습니다. NPC는 스웨덴의 분자 생명과학을 지원하는 기관인 생명과학 연구소(SciLifeLab)와 함께 출범했습니다. 스웨덴의 코로나19 대응을 강화하기 위해, NPC는 매주 약 45,000건의 PCR 기반 코로나19 검사를 분석했습니다. 스웨덴의 코로나19 팬데믹 기간 동안, 이 시설은 스웨덴에서 SARS-CoV-2(코로나19) 분석을 위한 최대 규모의 실험실 시설 중 하나로 성장했습니다. 때때로, 이 시설은 스웨덴의 전체 검사 용량의 최대 5분의 1을 제공하기도 했습니다.
NPC의 주요 책임 중 하나는 COVID-19를 연구하는 연구원들이 고급 기술과 전문 지식을 이용할 수 있도록 하는 것입니다. "팬데믹 작업이 시작되었을 때 우리는 갑자기 훨씬 더 많은 데이터를 처리해야 했습니다"라고 브룬드(Boulund)씨는 덧붙입니다. "우리 팀은 SARS-CoV-2 연구를 발전시키는 데 도움이 될 수 있도록 데이터 분석 능력을 신속하게 확장해야 했습니다."
솔루션
실제로 필요한 곳에 유연하고 빠른 IT 제공
보다 강력한 IT 리소스가 필요하다는 것을 깨달은 Hitachi Vantara는 코로나19 연구 및 테스트를 지원하기 위해 CTMR에 연락했습니다. CTMR은 가상화나 확장할 수 있는 용량이 없는 매우 정적인 구성으로 두 개의 물리적 서버에서 IT 서비스 및 분석 작업을 실행하고 있었습니다.
Hitachi Vantara 팀은 CTMR을 위한 컨버지드 인프라스트럭처 솔루션을 설계했습니다. 두 회사는 공동의 노력으로 Hitachi Virtual Storage Platform F370 어레이와 함께 Hitachi Unified Compute Platform CI 솔루션을 배포했습니다. Hitachi Vantara는 최적화된 네트워크 성능을 보장하기 위해 Cisco 스위치를 선택했습니다.
이 솔루션은 컴퓨팅, 스토리지, 네트워크 및 관리 소프트웨어를 통합하고 VMware 가상화를 사용하여 리소스를 동적으로 조정함으로써 높은 수준의 유연성을 제공합니다. 한편, Hitachi Unified Compute Platform Advisor 소프트웨어는 시스템 관리를 간소화하고 관리 작업을 자동화합니다. 또한 팀은 가상화된 서버 인프라 전반에 걸쳐 클러스터 관리 및 작업 스케줄링을 위해 Slurm과 같은 표준 HPC 도구를 직접 배포하고 사용할 수 있습니다.
Hitachi Vantara는 파트너인 Cisco 및 VMware와 협력하여 구현 속도를 높이기 위해 CTMR에 포괄적인 대출을 제공했습니다. "Hitachi Vantara, Cisco 및 VMware는 매우 관대한 제안을 했습니다. "그들의 참여와 상업적 유연성 덕분에 완전한 자금이 확보되기 전에도 새롭고 강력한 IT 솔루션을 활용할 수 있었습니다."
이 솔루션은 대학 중앙 IT의 엄격한 규칙과 요구 사항을 충족하며 대학의 주요 데이터 센터 시설 중 하나에 설치됩니다.
결과
글로벌 팬데믹에 맞서 싸우고 즉각적인 인사이트 생성
Hitachi Vantara 덕분에 CTMR은 민첩한 모듈식 사내 HPC 플랫폼을 구축했습니다. CTMR은 VMware 가상화 및 Hitachi UCP Advisor를 통해 리소스를 관리함으로써 시스템 관리를 간소화하고 배포 및 시스템 관리 작업을 자동화할 수 있었습니다. 팀은 필요에 따라 특정 컴퓨팅 작업을 위해 가상 머신을 가동 및 종료하여 클러스터를 빠르고 쉽게 재구성할 수 있습니다.
"Hitachi UCP Advisor의 자동화 기능을 통해 표준화된 템플릿을 기반으로 온디맨드 방식으로 새로운 인스턴스를 시작할 수 있다"고 브룬드(Boulund)씨는 설명합니다. "이 접근 방식은 인스턴스 크기를 처리 작업에 맞게 조정하여 짧은 시간에 프로젝트 전반에서 성능을 극대화하는 데 도움이 됩니다. 이는 우리가 자원을 훨씬 더 현명하게 사용할 수 있고 장기적으로는 연구 과학자들의 요청에 더 빨리 대응할 수 있다는 것을 의미합니다."
이 솔루션은 CTMR이 매주 매우 많은 양의 염기서열분석 데이터를 생성할 수 있는 차세대 고처리량 DNA 염기서열분석을 완전히 활용할 수 있도록 지원합니다. "우리 연구원들이 얻을 수 있는 실질적인 혜택은 상당합니다"라고 브룬드(Boulund)씨는 확언합니다. "우리는 훨씬 더 짧은 처리 시간으로 새로운 인사이트를 얻을 수 있습니다. 과거에는 결과를 얻기까지 며칠 또는 몇 주가 걸리기 때문에 연구 속도가 크게 느려졌습니다."
"결정적으로, 우리는 Hitachi Vantara 컨버지드 인프라 솔루션을 사용하여 완전한 SARS-Cov-2 게놈 염기서열을 분석하고 조립했습니다. 이 연구는 COVID-19 전염병에 보다 효과적으로 맞서기 위한 과학자와 의료진의 전 세계적인 노력에 기여하기 위해 출판될 것입니다."
브룬드(Boulund)씨는 "과거에는 공유 HPC 리소스에 대한 분석을 위해 데이터를 준비하는 다소 번거로운 프로세스가 우리의 연구 요구 사항과 잘 맞지 않았습니다. Hitachi Vantara의 지원 덕분에, 이제 더 큰 규모의 데이터를 사내에서 언제든지 훨씬 더 빠르게 분석할 수 있습니다. Hitachi Vantara, VMware, Cisco와 함께 IT를 현대화하고 유연하고 강력하며 고도로 자동화된 데이터 센터를 구축했습니다. 향상된 성능은 과학을 발전시키는 데 도움이 되고 연구원들이 인체에 대해 더 깊이 이해하도록 영감을 줍니다."
