PDF Basket
Trwająca pandemia COVID-19 coraz bardziej wyniszcza nasze społeczeństwo. Aby przezwyciężyć chorobę, środowisko naukowe musi podjąć skoordynowane działania, wspierać się, dzielić wiedzą i technologiami. Będzie to szczególnie ważne w miarę postępu prac nad potencjalnymi lekami i szczepionkami przeciwko tej chorobie, które prowadzą europejscy naukowcy.
Rossen Apostolov, dyrektor wykonawczy ośrodka BioExcel mówi: „Sektor publiczny i prywatny podejmują znaczne i skoncentrowane działania mające zaradzić temu kryzysowi. Niewątpliwie najważniejsze jest odkrycie szczepionki i leku przeciwko chorobie, ponieważ to pozwoli kontrolować rozprzestrzenianie się wirusa SARS-CoV-2 oraz powiązanych z nim patogenów w szerszej perspektywie”.
Ośrodek BioExcel, będący jednym z wiodących centrów obliczeniowych badań biomolekularnych, opracowuje nowatorskie rozwiązania programistyczne i oferuje wsparcie ekspertów w zakresie zintegrowanego modelowania biomolekularnego, symulacji dynamiki molekularnej, obliczeń energii swobodnej oraz dokowania molekularnego. Unikalna wiedza ekspercka oraz dostępne oprogramowanie sprawiają, że centrum jest doskonale przygotowane do szybkiej reakcji w przypadku pandemii.
Gdy doszło do nasilenia się kryzysu związanego z wybuchem pandemii COVID-19, ośrodek BioExcel natychmiast uruchomił szereg inicjatyw badawczych związanych z walką z wirusem SARS-CoV-2. Przede wszystkim podjęto szeroko zakrojoną współpracę z innymi ośrodkami badawczymi, rozszerzono wsparcie dla użytkowników i nadano im priorytet ważności w dostępnie do superkomputerów ośrodków obliczeniowych. Apostolov dodaje: „Przy tak wielkim wyzwaniu współpraca międzynarodowa ma kluczowe znaczenie. Jeśli myślimy o odniesieniu zwycięstwa, musimy zjednoczyć międzynarodową społeczność badawczą”.
Ośrodek BioExcel bierze udział w licznych projektach mających wspierać badania nad chorobą COVID-19. Poniżej nakreślamy zarys kilku z nich.
Pogłębiona wiedza dzięki symulacjom
HADDOCK, jedna z głównych aplikacji komputerowych stosowanych w ośrodku BioExcel, została opracowana na Uniwersytecie w Utrechcie, a korzysta z niej przeszło 17 000 badaczy na całym świecie. Umożliwia ona badanie złożonych oddziaływań między wirusem a ludzkimi białkami oraz przewidywanie, w jaki sposób małe cząsteczki celują w główne białka wirusa.
Alexandre Bonvin, główny programista aplikacji HADDOCK, wyjaśnia: „Symulacje te mają zasadnicze znaczenie dla zrozumienia na przykład sposobu blokowania proteazy COVID-19, enzymu odpowiedzialnego za rozrywanie eksprymowanego polipeptydowego łańcucha wirusowego na jednostki funkcjonalne”.
Wysokowydajne zasoby obliczeniowe dostępne w europejskiej chmurze dla otwartej nauki umożliwiły zespołowi HADDOCK zbadanie ponad 2 000 zaakceptowanych leków przeciwko proteazie SARS-CoV-2 w ciągu zaledwie trzech dni. Bonvin dodaje: „Największą nadzieję pokładamy w zidentyfikowaniu silnych inhibitorów. Wstępne wyniki ujawniły interesujące związki, z których część przechodzi już badania kliniczne, co przyczynia się do potwierdzenia zasadności metody przesiewowej”.
Polimeraza RdRp idealnym celem leku
Zanim szczepionka stanie się dostępna, można stosować leki przeciwwirusowe, aby w ten sposób powstrzymać replikację wirusa, ograniczyć skutki uboczne dla zdrowia i zahamować rozprzestrzenianie się choroby. Koronawirus replikuje swój genom RNA dzięki specyficznej polimerazie RNA zależnej od RNA (RdRp), enzymowi, który tworzy długie łańcuchy kwasów nukleinowych. Ponieważ w ludzkim ciele białka te nie występują, polimeraza RdRp jest idealnym celem działania leku.
Niestety na razie udało się opracować zaledwie kilka leków przeciwko innym koronawirusom, między innymi Remdesivir, Favipiravir i EIDD-2801, które jednak – ze względu na naturę wirusa SARS-CoV-2 – mogą okazać się nieskuteczne. Dlatego zespół HADDOCK przeprowadził drugi etap badań przesiewowych pod kątem polimerazy RdRp. Bonvin mówi: „Stosowanie mieszanek leków zatwierdzonych przeciwko różnym białkom wirusowym może stanowić interesujące rozwiązanie krótkoterminowe, które pozwoli nam zwalczać wirusa do czasu opracowania skutecznej szczepionki”.
Rola superkomputerów
Ośrodek BioExcel uczestniczy w rozwoju niektórych z najpopularniejszych narzędzi stosowanych przez zespoły badawcze do symulacji białek na superkomputerach. Erik Lindahl, dyrektor naukowy w ośrodku BioExcel, mówi: „Superkomputery dają nam nowe możliwości zrozumienia, w jaki sposób SARS-CoV-2 przyłącza się do komórki i jak ją infekuje. To pomoże nam wskazać kandydatów na leki przeciwwirusowe, które zdołają powstrzymać ten proces. Stosowane przez nas aplikacje, na przykład GROMACS, pozwalają korzystać jednocześnie z setek tysięcy procesorów do prowadzenia niebywale szybkich symulacji układów biologicznych”.
Przykładowo partnerzy z Instytutu Maksa Plancka, Instytutu Badań Biomedycznych oraz Królewskiego Instytutu Technologicznego w Sztokholmie korzystają z symulacji prowadzonych na superkomputerach, aby uzyskać brakujące informacje dotyczące budowy białek, potrzebne do zrozumienia sposobu działania leku, przewidywania skutków modyfikacji chemicznych i projektowania lepszych inhibitorów.
Lindhal dodaje: „Tylko skoordynowane działania oraz ścisła współpraca między uczelniami i przemysłem pozwolą nam wygrywać z pandemiami, takimi jak COVID-19. Centra badawcze podobne do BioExcel odgrywają istotną rolę w ułatwianiu tej współpracy i gromadzeniu wiedzy niezbędnej do odniesienia sukcesu”. Prace prowadzone w ramach projektu BioExcel są kontynuowane w ramach projektu kontrolnego BioExcel-2, który będzie trwać do grudnia 2021 roku.