Un progetto di calcolo distribuito affronta il COVID-19

Un progetto di calcolo distribuito affronta il COVID-19
Vincent Volz. Credito: Temple University

I ricercatori di tutto il mondo stanno lavorando a una velocità e su una scala senza precedenti per comprendere il coronavirus, sviluppare un vaccino e scoprire nuovi farmaci per curare il COVID-19.

Ora, i cittadini, che stanno già facendo la loro parte per fermare la diffusione del virus attraverso il distanziamento sociale e altre misure, possono anche aiutare a sviluppare nuove terapie eseguendo simulazioni sui loro computer. L’esecuzione di calcoli specifici coordinando e distribuendo il lavoro su migliaia di computer separati viene definita calcolo distribuito.

Insieme agli studenti laureati nel suo laboratorio, il professore associato di chimica Vincent Voelz ha lavorato con un team internazionale di ricercatori per esaminare computazionalmente potenziali inibitori della principale proteasi del coronavirus, un bersaglio attraente per nuovi farmaci antivirali. E stanno usando la rete informatica distribuita [email protected] per farlo. Il ripiegamento si riferisce ai processi mediante i quali una struttura proteica assume la sua forma in modo che possa svolgere le sue funzioni biologiche.

“Il nostro gruppo utilizza gli strumenti della simulazione molecolare e della meccanica statistica per studiare la struttura e la funzione delle biomolecole”, afferma Voelz, che ha lavorato con [email protected] dal 2007 mentre era un postdoc alla Stanford University, dove è iniziata la rete di calcolo distribuito. “È un rapido salto da quel lavoro all’utilizzo della nostra esperienza nella simulazione biomolecolare per aiutare a combattere il COVID-19”.

Per la ricerca sul coronavirus, Voelz sta collaborando con i ricercatori del Memorial Sloan-Kettering Cancer Center e del Diamond Light Source. Un gruppo di cristallografia a raggi X nel Regno Unito, Diamond Light Source, ha svolto un lavoro pionieristico risolvendo più di mille diverse strutture cristalline della proteasi principale del coronavirus e scoprendo diversi frammenti di farmaci che si legano ai siti sulla proteina.

“Quando il virus entra in una cellula, coopta il macchinario della cellula per assemblare più copie di se stesso e replicarsi”, spiega Voelz. “Se puoi inibire la proteasi, puoi inibire un passaggio necessario nel ciclo di vita del virus”.

La potenza di calcolo combinata di [email protected]migliaia di utenti vengono utilizzati per vagliare virtualmente un numero enorme di potenziali composti farmaceutici. Queste simulazioni aiuteranno a stabilire le priorità quali molecole saranno sintetizzate e analizzate dai ricercatori che mirano a sviluppare rapidamente nuove terapie contro il coronavirus.

“Ora sappiamo che ci sono molti frammenti di farmaci che si legano a punti specifici della struttura proteica del coronavirus”, afferma Voelz. “Questi sono indizi per un ulteriore sviluppo di farmaci. Le informazioni dinamiche che otteniamo dal [email protected] simulazioni è davvero difficile da misurare sperimentalmente in un laboratorio.”

All’inizio di marzo, circa 30.000 utenti avevano scaricato il [email protected] software e sono stati partecipanti attivi al progetto COVID-19. Diverse settimane dopo, quel numero era cresciuto fino a superare i 700.000. A partire dal 1 aprile, c’erano più di 1 milione di persone partecipanti. “Combinati, ora siamo il più grande supercomputer del mondo”, afferma Voelz, che osserva che la comunità di gioco online è un grande contributore. “Abbiamo superato la barriera exaFLOP, una misurazione delle operazioni al secondo che è l’equivalente di dieci volte la potenza di calcolo del supercomputer più veloce del mondo”.

Secondo Voelz, la velocità della diffusione del coronavirus nel mondo ha ispirato molti ricercatori a rimuovere i “colli di bottiglia” nel modo in cui le conoscenze scientifiche vengono sviluppate, analizzate e condivise.

“Le organizzazioni scientifiche condividono le informazioni in un modo senza precedenti e le persone in tutto il mondo si uniscono per risolvere un problema molto difficile”, afferma Voelz. “[email protected]Il tipo di scienza dei cittadini o di crowdsourcing può essere molto potente. Più persone si interessano a questa idea, più possiamo fare scienza di base di vitale importanza”.

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