Una herramienta de supercomputación para descubrir fármacos rápidamente
La aparición de herramientas digitales que incluyen la informática de alto rendimiento (HPC, por sus siglas en inglés) y la modelización de macrodatos ha abierto el diseño de fármacos a agentes no tradicionales de la industria sanitaria, como las grandes empresas tecnológicas, que cuestionan la idea de que los sistemas biológicos son demasiado complejos para modelizarlos. «Estamos asistiendo al paso de modelos basados en datos a datos que se generan porque son adecuados para el entrenamiento de modelos», señala Andrea Beccari, responsable de plataformas de descubrimiento de Dompé farmaceutici, anfitrión del proyecto. El equipo del proyecto LIGATE tenía como principal objetivo afirmar el papel que los recursos de supercomputación pueden desempeñar en el descubrimiento de fármacos, especialmente fundamental en tiempos de crisis sanitarias agudas como las pandemias. En el proyecto se desarrolló una herramienta virtual de selección de fármacos asistida por inteligencia artificial (IA), adaptable a cualquier arquitectura de «hardware», que constituye el núcleo funcional de la plataforma de descubrimiento de fármacos Exscalate. La plataforma Exscalate permite a los investigadores probar una biblioteca de moléculas frente a una serie de dianas, con el fin de identificar posibles tratamientos para amenazas como la COVID-19. «Inicialmente, se examinarán billones de moléculas virtuales para encontrar fármacos antivirales adecuados de amplio espectro. Los mejores candidatos se probarán con ensayos antivirales y métodos de análisis estructural», afirma Beccari. La herramienta LIGATE genera una simulación tridimensional de las moléculas de interés, que se utilizan para explorar todas las conformaciones moleculares (disposiciones atómicas) posibles dentro del sitio activo de la proteína objetivo. La herramienta selecciona las más prometedoras basándose en las interacciones de la molécula con los aminoácidos de la proteína, y una herramienta de IA clasifica cada una según su eficacia prevista.
Portabilidad y flexibilidad
La solución LIGATE integra componentes tanto de código abierto como propietarios. Los módulos de código abierto eran independientes del dominio para apoyar el desarrollo de toda la aplicación y su despliegue a gran escala, así como específicos del dominio para las funciones de simulación molecular y selección virtual. «LIGATE aprovechó la flexibilidad, eficacia y escalabilidad del código comunitario, complementado con módulos propios que permiten su explotación comercial», añade Beccari. Para aprovechar los próximos recursos informáticos a exaescala, era fundamental la compatibilidad con diversas arquitecturas de «hardware», especialmente los procesadores gráficos. Sobre todo en el caso de aplicaciones informáticas urgentes, aquellas que dependen de la máxima potencia de cálculo (a menudo utilizando varios superordenadores simultáneamente) para responder a amenazas críticas, como la pandemia de COVID-19. Pero como gran parte del «hardware» fundamental está escrito en lenguajes de programación propietarios, el equipo tuvo que desarrollar un modelo de programación (mediante SYCL, exento de derechos de autor) de los módulos principales, para que el «software» fuera compatible con diferentes procesadores centrales, procesadores gráficos y tarjetas de matriz de puertas programable «in situ».
Aumentar la precisión de la evaluación de fármacos
Un objetivo clave del proyecto era implantar la herramienta de selección en la plataforma LEXIS, financiada con fondos europeos y creada para facilitar un mayor acceso a potentes recursos de HPC. Mediante una interfaz web diseñada para hacerla aún más accesible, la herramienta LIGATE se demostró en la última Cumbre EuroHPC, cuando se ejecutó simultáneamente en los superordenadores Karolina, LUMI y LEONARDO. «Los investigadores pronto podrán utilizar una red de recursos computacionales europeos para descubrir nuevos fármacos sin necesidad de tener conocimientos informáticos avanzados», explica Beccari, que actuó como coordinador del proyecto LIGATE. El equipo de un proyecto predecesor, EXSCALATE4CoV, utilizó una versión anterior de la herramienta LIGATE para estudiar la idoneidad de fármacos reorientados contra la COVID-19, identificando el raloxifeno como un tratamiento prometedor. Posteriormente, el fármaco superó un ensayo clínico de fase II. «Sorprendentemente, durante las simulaciones moleculares, la plataforma también encontró una nueva vacuna potencialmente más segura, que ahora se está evaluando preclínicamente», añade Beccari. El equipo del proyecto se llevó a cabo con el apoyo de la Empresa Común de Informática de Alto Rendimiento Europea (EC EuroHPC), una iniciativa creada para desarrollar un ecosistema de supercomputación de categoría mundial en Europa.
Palabras clave
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