home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Internet Info 1997 December / Internet_Info_CD-ROM_Walnut_Creek_December_1997.iso / nren / hpca.1991 / wold.txt < prev   
Text File  |  1991-04-18  |  22KB  |  432 lines

  1.  Supercomputing Network: A Key to U.S. Competitiveness
  2.  in Industries Based on Life-Sciences Excellence
  3.   
  4.   
  5.  John S. Wold, Ph.D.
  6.  Executive Director
  7.  Lilly Research Laboratories
  8.  Eli Lilly and Company
  9.   
  10.   
  11.  Testimony
  12.   
  13.  U.S. Senate, Commerce, Science and Transportation Committee
  14.  Science, Technology and Space Subcommittee
  15.   
  16.   
  17.  March 5, 1991
  18.   
  19.   
  20.   
  21.   
  22.  I am John S. Wold, an executive director of Lilly Research 
  23.  Laboratories, the research-and-development division of Eli Lilly and 
  24.  Company. Lilly is a global Corporation, based in Indianapolis, Indiana, 
  25.  that applies advances in the life sciences, electronics, and materials 
  26.  sciences to basic human needs -- health care and nutrition. We 
  27.  compete in the pharmaceutical, medical-devices, diagnostic-products, 
  28.  and animal health-products industries.
  29.   
  30.  My responsibilities at Lilly include the company's supercomputing 
  31.  program. With me is my colleague, Dr. Riaz Abdulla -- whom you just 
  32.  saw on videotape. Riaz manages this program on a day-to-day basis. 
  33.  I'm indeed pleased to have this opportunity to present my 
  34.  company's views about the importance of a national commitment to 
  35.  supercomputing and to a supercomputing network.
  36.   
  37.  I'm sure that this subcommittee has heard -- and will hear much 
  38.  more -- about the underlying technology required to support the 
  39.  evolution of supercomputers and supercomputing networks. It's 
  40.  important, I believe, that you share computing technologists' 
  41.  excitement about their visions of supercomputing systems, 
  42.  algorithms, and networks. But I believe it is just as important for you 
  43.  to share the visions that motivate research-oriented institutions, like 
  44.  Lilly, to invest in supercomputers and to encourage their scientists 
  45.  and engineers to use these systems. It's important for you to hear 
  46.  supercomputer users support S. 272.
  47.   
  48.  Today, I'll try to articulate two levels of aspirations we at Lilly have 
  49.  for our supercomputing program:
  50.   
  51.  -    First, we believe that Lilly scientists will use these powerful 
  52.  new research tools to address fundamental research questions. 
  53.  Answers to these questions will help us develop more-selective, 
  54.  more-specific drugs with greater efficacy and fewer side effects. 
  55.  These new medicines will represent important new products for our 
  56.  company and support high quality, cost-effective health care for tens 
  57.  of millions of people.
  58.   
  59.  -    Second, we believe that Lilly scientists will use these powerful 
  60.  new research tools to expand the range of fundamental questions 
  61.  they can explore. They may even use these systems to devise 
  62.  entirely new ways of conducting research programs that probe the 
  63.  staggering complexity of the human body.
  64.   
  65.  In fact, supercomputing represents a revolution...a new wave...a 
  66.  "paradigm shift" in the development of modern technology. In the 
  67.  years ahead, scientists at Lilly and at other institutions will use this 
  68.  extraordinary research tool to do things that we simply cannot 
  69.  anticipate today. For instance, it's unlikely that pioneers of molecular 
  70.  biology foresaw the applications of recombinant DNA technology that 
  71.  have unfolded in the past I5 years or so.
  72.   
  73.  Let's move, however, from the general to the specific. I'd like to 
  74.  discuss supercomputing in the context of one company's decision. 
  75.  making.
  76.   
  77.  The investment by Eli Lilly and Company of millions of dollars in 
  78.  supercomputing systems and training was a very basic business 
  79.  decision. We believe that this technology will help us effectively 
  80.  pursue our company's mission and meet its goals in. an ever-more 
  81.  challenging environment. Today, I'll focus on our pharmaceutical 
  82.  business. But many of the following points are also relevant to our 
  83.  other businesses.
  84.   
  85.  Long-term success in the research-based pharmaceutical industry 
  86.  depends on one factor: innovation. We must discover and develop 
  87.  new products that address patients' unmet needs. We must discover 
  88.  and develop cost-effective new products that offer economic benefits 
  89.  to patients, payors, and society as a whole. Whenever possible, we 
  90.  must market innovative new products before our competitors do.
  91.   
  92.  Innovation has never come easy in this industry. The diseases that 
  93.  afflict our species represent some of the most daunting of all 
  94.  scientific mysteries. Consequently, pharmaceutical R&D has 
  95.  traditionally been a high-risk...complex... time-consuming...and costly 
  96.  enterprise.
  97.   
  98.  How risky is pharmaceutical R&D? Scientists generally evaluate 
  99.  thousands of compounds to identify one that is sufficiently promising 
  100.  to merit development. Of every five drug candidates that begin 
  101.  development, only one ultimately proves sufficiently safe and 
  102.  effective to warrant marketing.
  103.   
  104.  The risk does not end there, however. A recent study by Professor 
  105.  Henry Grabowski, of Duke University, showed that only 3 of 10 new 
  106.  pharmaceutical products introduced in the United States during the 
  107.  1970s actually generated any profits for the companies that 
  108.  developed them.
  109.   
  110.  How complex is pharmaceutical R&D? Consider just some of the 
  111.  hurdles involved in the evaluation of each potential pharmaceutical 
  112.  product that enters the development process:
  113.   
  114.  - We must complete scores of laboratory tests that probe potential 
  115.  safety and efficacy.
  116.   
  117.  - We must manage global clinical tests of safety and efficacy that 
  118.  involve thousands of patients in a dozen or more countries.
  119.   
  120.  - We must formulate dosage forms of each product that best deliver 
  121.  the active ingredients to patients.
  122.   
  123.  - We must develop high-quality, cost-effective, environmentally 
  124.  sound manufacturing processes for compounds that are often very 
  125.  complex chemical entities.
  126.   
  127.  - We must prepare mountains of research data for submission to 
  128.  regulatory authorities in countries around the world. For instance, 
  129.  one of our recent submissions to the U.S. Food and Drug 
  130.  Administration involved 900,000 pages of data assembled in well 
  131.  over 1,000 volumes.
  132.   
  133.  How time-consuming are these complex R&D programs? Let's go step 
  134.  by step. It usually takes several years to establish a discovery-
  135.  research program in which scientists begin to identify promising 
  136.  compounds. It typically takes from 5 to 8 years for us to conduct all 
  137.  the tests required to evaluate each drug candidate. Then it takes 
  138.  another 3 to 4 years for regulatory authorities to consider a new 
  139.  drug application and approve the marketing of the new product.
  140.   
  141.  Consider this example. The Lilly product Prozac represents an 
  142.  important new treatment for patients suffering from major 
  143.  depressive disorder. Although we introduced Prozac to the U.S. 
  144.  medical community in 1988, this innovative product came from a 
  145.  research program that began in the mid-l960s. The bottom line is 
  146.  that discovery-research programs often take a total of two decades 
  147.  or more to yield new products.
  148.   
  149.  How costly are these long, complicated R&D programs? Last year, a 
  150.  Tufts University group estimated that the discovery and 
  151.  development of a new pharmaceutical product during the l980s 
  152.  required an investment of some $231 million in 1987 U.S. dollars.
  153.   
  154.  That number is increasing rapidly. One reason is the ever-more 
  155.  meticulous safety testing of drug candidates in humans. In the mid-
  156.  l970s, for instance, clinical trials of the Lilly oral antibiotic Ceclor 
  157.  involved 1,400 patients. But recent clinical studies of our oral-
  158.  antibiotic candidate Lorabid encompassed 10,000 patients. Clinical-
  159.  trial costs constitute the largest portion of total drug-development 
  160.  expenses -- and they have skyrocketed in recent years.
  161.   
  162.  At Lilly, we believe that it will take $400 million to develop each of 
  163.  our current drug candidates. And those costs do not include the 
  164.  expenses required to build manufacturing facilities -- expenses that 
  165.  can climb well into nine figures for hard-to-manufacture products.
  166.  Pharmaceutical R&D has become a "big science." The R&D programs 
  167.  that yield new drugs need the same kinds of technical, management, 
  168.  and financial commitment required to develop the most imposing 
  169.  high technology products -- including supercomputers themselves.
  170.   
  171.  I want to mention another dimension of our business environment. 
  172.  The research-based pharmaceutical industry is unusually 
  173.  competitive and cosmopolitan. Historically, no single company has 
  174.  held more than 5 percent of the global market. Based on sales, the 10 
  175.  or 12 top-ranking companies are very tightly clustered, compared 
  176.  with most industries. These companies are based in France, Germany, 
  177.  Switzerland, and the United Kingdom, as well as in the United States.
  178.   
  179.  I would like to note that many of our competitors abroad are 
  180.  mammoth technology-based corporations, such as Bayer, CIBA-
  181.  GEIGY, Hoechst, Hoffman-La Roche, Imperial Chemical Industries, and 
  182.  Sandoz. These are truly formidable firms with superb technical 
  183.  resources. Their pharmaceutical operations represent relatively small 
  184.  portions of their total sales. By contrast, U.S. pharmaceutical 
  185.  companies are, for the most part, smaller companies that have 
  186.  focused their resources on human-health-care innovation.
  187.   
  188.  In this competitive industry, the United States has an excellent 
  189.  record of innovation. For instance, nearly half of the 60 new 
  190.  medicines that won global acceptance between 1975 and 1986 were 
  191.  discovered by U.S.-based scientists. In addition, the pharmaceutical 
  192.  industry has consistently made positive contributions to this nation's 
  193.  trade balance.
  194.   
  195.  Over the past half decade, however, the research-based 
  196.  pharmaceutical industry has experienced major changes. The rapid 
  197.  escalation of R&D costs has helped precipitate major structural 
  198.  changes in a sector of the global economy where the United States is 
  199.  an established leader. An unprecedented wave of mergers, 
  200.  acquisitions, and joint ventures has led to fewer, larger competitors. 
  201.  In several cases, foreign companies have assumed control of U.S. 
  202.  firms.
  203.   
  204.  Competition in the research-based pharmaceutical industry will only 
  205.  become more challenging during the 1990s and beyond. 
  206.  Consequently, Lilly has evaluated many opportunities to reinforce its 
  207.  capacity to innovate -- to reinforce its capacity to compete. 
  208.  Supercomputing is a case in point:
  209.   
  210.  - We believe that these powerful systems will help our scientists 
  211.  pursue innovation.
  212.  - We believe that these systems will help us compete.
  213.   
  214.  Now, let's move from business to science. Scientists have long been 
  215.  frustrated in their efforts to address the fundamental questions of 
  216.  pharmaceutical R&D. Only recently have we been able to begin 
  217.  probing these questions. We've begun to probe them not through 
  218.  experimentation but through the computational science of molecular 
  219.  modeling. Prominent among these scientific priorities are the 
  220.  following:
  221.   
  222.        - The quantitative representation of interactions between drug 
  223.  candidates and drug targets, especially receptors and enzymes
  224.   
  225.        - The process by which proteins -- huge molecules that are 
  226.  fundamental to life -- are "folded" into distinct con- figurations 
  227.  through natural biological processes
  228.   
  229.        - The properties that enable catalysts to facilitate essential 
  230.  chemical reactions required to produce pharmaceutical products.
  231.   
  232.        Today, I'd like to discuss the first of these challenges.  I'll 
  233.  concentrate on the interaction of drug candidates with receptors.
  234.   
  235.        As you know, normal biological processes -- the beating of the 
  236.  heart, the clotting of blood, the processing of information by the 
  237.  brain -- involve complex biochemical chain reactions, sometimes 
  238.  referred to as "cascades."
  239.   
  240.        Let me give you an example.  During these chain reactions, 
  241.  natural substances in the body cause certain substances in the body 
  242.  to produce other molecules, which, in turn, cause either the next 
  243.  biochemical step in the cascade or a specific response by an organ or 
  244.  tissue -- a movement, a thought, the secretion of a hormone.
  245.   
  246.        Over the years, scientists have found that disease often occurs 
  247.  when there is either too much or too little of a key molecule in one of 
  248.  these biological cascades.  As a result, research groups are studying 
  249.  these chain reactions, which are fundamental to life itself.
  250.   
  251.        The natural substances involved in these processes link with, or 
  252.  bind to, large molecules, called receptors, which are located on the 
  253.  surfaces of cells.  We often use this analogy:  a natural substance fits 
  254.  into a receptor, much like a key fits into a lock.  Many scientists at 
  255.  Lilly -- at all research-based pharmaceutical companies -- are 
  256.  focusing their studies on receptors involved in a host of diseases, 
  257.  ranging from depression and anxiety to heart attack and stroke. 
  258.  Their goal is to better understand these locks and then to design and 
  259.  to synthesize chemical keys that fit into them.
  260.   
  261.        In some cases, we want to design chemical agents that activate 
  262.  the receptor and stimulate a biochemical event. Compounds called 
  263.  agonists serve as keys that open the locks. In other cases, we want to 
  264.  synthesize chemical agents that block the receptor and stop a natural 
  265.  substance from binding to the receptor.  These compounds, called 
  266.  antagonists, prevent the biological locks from working.
  267.   
  268.        Unfortunately, this drug-design process is fraught with problems.  
  269.  Most importantly, receptors are not typical locks. They are complex 
  270.  proteins composed of thousands of atoms. Moreover, they are in 
  271.  constant, high-speed motion within the body's natural aqueous 
  272.  environment.
  273.   
  274.        This brings us to one of the most promising applications of 
  275.  supercomputing technology.  Mathematicians can formulate 
  276.  equations that describe virtually anything we experience or
  277.  imagine:  the soft-drink can on your desk or the motion of the liquid 
  278.  in that can as you gently swirl it during a telephone conversation.  
  279.  Each can be expressed in numbers.
  280.   
  281.        Of course, those examples are relatively simple.  But scientists 
  282.  can also develop equations that describe the remarkable complexity 
  283.  of meteorological phenomena...geological formations...and key 
  284.  molecules involved in the body's natural processes.  In recent years, 
  285.  they have developed mathematical models describing the realistic 
  286.  motion -- the bending, rotation, and vibration -- of chemical bonds in 
  287.  large molecules, such as receptors.  These models are emerging as 
  288.  important tools for scientists probing how potential drug candidates 
  289.  would likely affect the target receptors.
  290.   
  291.        These mathematical descriptions are based on equations 
  292.  involving billions of numbers.  Conventional computers take days, 
  293.  weeks, or even longer to perform related calculations. But 
  294.  supercomputers do this work in fractions of a second.  A second 
  295.  computer then translates the results into graphic representations on 
  296.  a terminal screen.
  297.   
  298.        These graphic representations can serve as a new 
  299.  communications medium -- and new "language" -- for scientists. 
  300.  Teams of scientists can share the same visualized image of how a 
  301.  specific chemical agent would likely affect the receptor in question.  
  302.  They can quickly evaluate the probable effects of modifications in 
  303.  the chemical.  They can generate entirely new ideas -- and analyze 
  304.  them.  They can focus the painfully slow efforts required to 
  305.  synthesize and test compounds on those agents that appear to have 
  306.  genuine potential.
  307.   
  308.        Supercomputers enable scientists to see what no one else has 
  309.  seen.  Historically, technical breakthroughs that have dramatically 
  310.  expanded the range of human perception -- from early telescopes 
  311.  and microscopes to modern cyclotrons and electron microscopes -- 
  312.  have enabled the research community to make landmark discoveries, 
  313.  develop revolutionary inventions, and pioneer new academic 
  314.  disciplines.  We have every reason to believe that supercomputing 
  315.  can do the same.
  316.   
  317.        Now, let's return to the Lilly experience.  Several years ago, the 
  318.  interest in supercomputing began to grow at Lilly Research 
  319.  Laboratories.  We considered a number of ways to evaluate this 
  320.  research tool.  Obviously, supercomputers don't do anything by 
  321.  themselves.  They would only be relevant to our mission and our 
  322.  goals if Lilly scientists actively and creatively embraced them.  We 
  323.  had to see whether our biologists, chemists, and pharmacologists 
  324.  could really apply those graphic representations of receptors and 
  325.  enzymes to real drug-discovery problems.
  326.   
  327.        In January 1988, we took the first step:  Lilly became an 
  328.  industrial partner in the National Center for Supercomputing 
  329.  Applications (NCSA) at the University of Illinois.  This opportunity to 
  330.  learn about supercomputing afforded us by interacting with the 
  331.  NCSA proved to be an essential element in our supercomputing 
  332.  decision.  Many of our scientists were in- deed interested in learning 
  333.  how to use supercomputers.  Many of them quickly began to apply 
  334.  the systems to their work.
  335.   
  336.        In April 1990, our supercomputing program took a great step 
  337.  forward with the installation of a Cray 2S-2/128 system at our 
  338.  central laboratories in Indianapolis.  Lilly scientists are using the 
  339.  system at a far greater rate than we expected.  In the meantime, 
  340.  we've maintained our relationship with the NCSA to ensure 
  341.  maximum support for our program and to keep abreast of new 
  342.  developments in the field.
  343.   
  344.        Our experience to date suggests three interrelated advantages of 
  345.  supercomputing that we believe will make Lilly even more 
  346.  competitive in the years ahead.
  347.   
  348.        - We believe these systems will speed up the identification of 
  349.  promising drug candidates.  Supercomputing will enable Lilly 
  350.  scientists to design new drug candidates that they otherwise would 
  351.  not have even considered.  Supercomputing may well cut days, 
  352.  weeks, even months from the overall process required to identify 
  353.  novel compounds.
  354.   
  355.        - We believe these systems will foster great collaboration among 
  356.  scientists from various disciplines who are involved in 
  357.  pharmaceutical R&D.  Productive research in our industry 
  358.  increasingly depends on teamwork.  supercomputer-generated 
  359.  graphic simulations help scientists with diverse academic training to 
  360.  share the same vision of crucial data. Again, these visual images 
  361.  become a common language for scientists with different academic 
  362.  training.
  363.   
  364.        Moreover, supercomputing will make these multidisciplinary 
  365.  research efforts more spontaneous, energetic, and intense.  In the 
  366.  past, our research was a step-by-step process in which long periods 
  367.  often separated the formulation of ideas from experiments required 
  368.  to test those ideas. But supercomputing helps teams of scientists 
  369.  integrate their ideas and tests into a dynamic, interactive process.  
  370.  These systems facilitate the communication, creativity, and decision 
  371.  making that are critical to productive R & D programs.
  372.   
  373.        - We believe these systems will encourage truly visionary 
  374.  exploration.  A spirit of unfettered inquiry drives scientific progress.  
  375.  In the past, however, scientists were unable to test many novel ideas 
  376.  because they didn't have sufficient computing power.  Now, 
  377.  supercomputers are motivating our scientists to ask "what if?" more 
  378.  boldly than ever before -- and to help them quickly consider many 
  379.  possible answers to their questions.
  380.   
  381.        It's especially interesting to watch scientists actually get familiar 
  382.  with supercomputing.  As you know, good scientists are among the 
  383.  most independent people in any society. They respect good theories.  
  384.  But they demand empirical data to support the theories.  In six 
  385.  months, I've seen some pretty tough-minded chemists move from 
  386.  skepticism to genuine enthusiasm for these systems.  Moreover, we 
  387.  clearly see that many of the very brightest young Ph.D.s coming out 
  388.  of graduate school are very enthusiastic about this technology.  Our 
  389.  supercomputing capabilities have become a recruiting magnet.
  390.   
  391.        I want to stress that supercomputing is only one of a number of 
  392.  powerful new technologies that research-based pharmaceutical 
  393.  companies are applying to their drug-discovery programs.  But it's a 
  394.  very powerful scientific tool -- a tool that will become all the more 
  395.  powerful with networking capabilities.
  396.   
  397.        - A supercomputer network will greatly facilitate the dynamic 
  398.  collaboration among scientists at different locations -- often different 
  399.  institutions.  Lilly scientists are working with research groups at 
  400.  universities and high technology companies around the world.  A 
  401.  national supercomputer network would greatly enhance the 
  402.  effectiveness of joint efforts with our colleagues at the University of 
  403.  Michigan or the University of Washington at Seattle, for example.
  404.   
  405.        - A supercomputer network will help us optimize scarce 
  406.  scientific talent during a period when we're almost certain to 
  407.  experience major shortfalls in the availability of Ph.D.- level 
  408.  scientists.  I would go so far as to suggest that the visualization 
  409.  capabilities of supercomputing may actually help attract more of the 
  410.  best and the brightest into the sciences -- this at a time when key 
  411.  industries in the U.S. economy desperately need such talent.
  412.   
  413.          Finally, I can't overemphasize that a supercomputing network 
  414.  will help scientists ask questions whose answers they could never 
  415.  seriously pursue before.  Tens of thousands of our best thinkers will 
  416.  find applications for this technology that will totally outstrip any 
  417.  predictions that we venture today.  Supercomputing represents a 
  418.  revolution.  a new wave...a paradigm shift in the development of 
  419.  modern technology.
  420.   
  421.        In conclusion, I want to stress two points.  We believe that 
  422.  supercomputers and a national supercomputing network are 
  423.  important to our company, to our industry, and to the medical 
  424.  professionals and patients we serve.  We believe that super-
  425.  computing will play a crucial role in many technology-based 
  426.  industries and in the growth of national economies that depend on 
  427.  these industries.  Again, we strongly recommend the enactment of S. 
  428.  272.
  429.   
  430.        Thank you.
  431.   
  432.