Op 2 december 2022 ging 'The pandemic movie' in première in het EYE Filmmuseum in Amsterdam. De film is gemaakt door het Barcelona Supercomputing Centre en is gebaseerd op wetenschappelijk nauwkeurige computersimulaties. Computationeel wetenschapper Gábor Závodszky van het Computaional Science Lab (CSL) van het Instituut voor Informatica van de UvA leverde een kleine bijdrage aan de film. Hoewel de lancering voor het brede publiek nog moet wachten tot maart 2023, vertelt Závodszky alvast over het verhaal van de film.

Allereerst: waar gaat de film over en waarom is hij gemaakt?

'De film is gemaakt om het publiek te laten zien hoe supercomputers gebruikt kunnen worden voor het bestrijden van ziekten. Hij gebruikt de COVID-19-pandemie als een voorbeeld van hoe belangrijk reactiesnelheid is. Hoewel COVID-19-vaccins werden ontwikkeld in een ongekend korte periode van slechts een jaar of zo, denken wij als computationele wetenschappers dat supercomputers kunnen helpen om die tijd nog meer te verkorten. Een groot deel van de ontwikkelingstijd van het vaccin ging zitten in klinische proeven. Als we de klinische proeven geheel of gedeeltelijk naar de computer kunnen verplaatsen, kunnen we diverse therapeutische oplossingen, waaronder vaccins, sneller ontwikkelen en dus nog sneller reageren op een pandemie zoals COVID-19.'

Wat voor soort computersimulaties laat de film zien?

'Veel van de simulaties in de film gaan over wat het virus met het menselijk lichaam doet. In zekere zin is de film een vervolg op de film 'Virtual Human' die in 2017 ook door het Barcelona Supercomputing Centre is gemaakt. Die film ging over het creëren van een digitale tweeling van het menselijk lichaam. Inmiddels beschikken we over computermodellen van diverse menselijke organen, waarvan die voor het hart en de longen het meest geavanceerd zijn. Het COVID-19 virus verandert veel van onze immuunprocessen, en wij willen simuleren wat er precies in het lichaam gebeurt. Het virus kan allerlei ontstekingsreacties veroorzaken die bijvoorbeeld kunnen leiden tot bloedstolling. Kleine bloedstolsels in de hersenen, in het hart of in de longen kunnen uiterst gevaarlijk zijn. In mijn eigen werk onderzoek ik hoe deze bloedstolling gebeurt. Een paar scènes in de film komen uit mijn werk en tonen het gedrag van rode bloedcellen.'

Vertel eens wat meer over je eigen simulaties van bloedcellen...

'Ik simuleer bloedstromen en het gedrag van bloed op celniveau in extreem detail op een supercomputer. We kunnen elke vervorming of botsing die bloedcellen ondergaan in beeld brengen. We bestuderen hoe verschillende ziekten, zoals COVID-19, de natuurlijke beschermingssystemen van ons lichaam voor de gek kunnen houden. Een voorbeeld is hoe gezonde hemostatische mechanismen, die bedoeld zijn om bloedingen te stoppen, door een ziekte verkeerd kunnen worden geactiveerd en een bloedklonter kunnen veroorzaken.'

Wat is een van de recente hoogtepunten van je onderzoek?

'Onlangs stond er een artikel in een van de beste wetenschappelijke tijdschriften op mijn vakgebied, Blood. Het mechanisme dat op natuurlijke wijze bloedingen stopt, maakt gebruik van zogenaamde bloedplaatjes, die eruit zien als platte, ronde cellen. We hebben ontdekt wat er in het lichaam gebeurt als deze bloedplaatjes een andere geometrische vorm krijgen, zoals bij sommige ziekten gebeurt. Ons werk draagt dus bij aan een fundamenteel begrip van waarom deze bloedplaatjes doen wat ze doen.'

Hoe zit het ten slotte met de computerkosten van dit soort zeer gedetailleerde simulaties?

'Eén druppel bloed bevat ongeveer 100 miljoen rode bloedcellen. Om dat voldoende gedetailleerd op een supercomputer na te bootsen, heb je een exaschaalsimulatie nodig, wat neerkomt op een rekensnelheid van 10¹⁸ floating point-operaties per seconde. Het blijkt dat de simulatie van één druppel bloed meer energie verbruikt dan mijn huishouden in een jaar. Dit soort berekeningen kosten op dit moment dus echt veel energie en in de toekomst zullen we ons meer moeten richten op energie-efficiëntie.'

Meer informatie

De vorige aflevering van de film 'The Virtual Humans' is beschikbaar via YouTube.
De 'Pandemic Movie' gaat op hetzelfde YouTube-kanaal verschijnen.

Gábor Závodszky

Onderzoeksgegevens

Kimmerlin, Q., Moog, S., Yakusheva, A., Ziessel, C., Eckly, A., Freund, M., Závodszky, G., Knapp, Y., Mangin, P., & Lanza, F. (2022). Loss of α4A- and β1-tubulins leads to severe platelet spherocytosis and strongly impairs hemostasis in mice. Blood, 140(21), 2290-2299. https://doi.org/10.1182/blood.2022016729