Centro europeo per la ricerca biomolecolare a sostegno dello sviluppo di trattamenti per la Covid-19

Quando l'OMS ha dichiarato la Covid-19 pandemia globale, un progetto di ricerca finanziato dall'UE ha preso in mano la situazione. BioExcel, tra i principali centri europei di ricerca biomolecolare computazionale, ha dato accesso prioritario alle sue strutture di supercalcolo e ai suoi software all'avanguardia. Ciò aiuterà i ricercatori e gli innovatori di tutta Europa nella lotta al coronavirus.

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Published: 29 June 2020  
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Centro europeo per la ricerca biomolecolare a sostegno dello sviluppo di trattamenti per la Covid-19

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© kentoh #276922236, source:stock.adobe.com 2020

L’attuale pandemia da Covid-19 sta avendo un effetto devastante sulla società. Per superarla, le comunità di ricerca devono intraprendere azioni coordinate e condividere sforzi, competenze e tecnologie. Ciò è particolarmente importante poiché l’Europa lavora allo sviluppo di potenziali trattamenti e vaccini per la malattia.

«Sia il settore pubblico che quello privato stanno compiendo enormi sforzi concertati per affrontare questa crisi», afferma Rossen Apostolov, direttore esecutivo di BioExcel. «Non vi è dubbio che la scoperta di un vaccino e di una cura sarà di fondamentale importanza per controllare a lungo termine la diffusione del SARS-Cov-2, nonché i patogeni correlati».

Essendo tra i principali centri europei per la ricerca biomolecolare computazionale, BioExcel sviluppa applicazioni software all’avanguardia e fornisce supporto esperto nelle aree della modellizzazione integrativa biomolecolare, delle simulazioni di dinamica molecolare, dei calcoli dell’energia libera e del docking. Tale competenza e la suite di applicazioni uniche rendono il centro ben posizionato per rispondere rapidamente a una pandemia globale.

Quando si è manifestata la crisi da Covid-19, BioExcel ha immediatamente lanciato una serie di iniziative di ricerca sul SARS-CoV-2. In particolare, sono state avviate numerose collaborazioni, è stato ampliato il supporto degli utenti ed è stato fornito l’accesso prioritario alle strutture di supercalcolo del centro. «La collaborazione internazionale è fondamentale per affrontare questa grande sfida», aggiunge Apostolov. «Se vogliamo avere successo, dobbiamo riunire la comunità di ricerca internazionale.»

BioExcel partecipa a numerosi progetti a sostegno della ricerca sulla Covid-19, alcuni dei quali segnalati di seguito.

Approfondire la comprensione tramite simulazioni

HADDOCK, una delle principali applicazioni software di BioExcel, è uno strumento essenziale sviluppato dall’Università di Utrecht e utilizzato da oltre 17 000 ricercatori in tutto il mondo. Permette agli scienziati di studiare le complesse interazioni tra il virus e le proteine umane e di prevedere come le piccole molecole prendono di mira le proteinefondamentali del virus.

«Queste simulazioni sono essenziali per comprendere, ad esempio, come bloccare la proteasi del SARS-CoV-2, l’enzima responsabile della scomposizione della catena polipeptidica virale espressa in unità funzionali», spiega Alexandre Bonvin, lo sviluppatore principale di HADDOCK.

Utilizzando le risorse di elaborazione ad alto rendimento disponibili tramite la piattaforma European Open Science Cloud, il team di HADDOCK ha esaminato oltre 2 000 farmaci accettati contro la proteasi del SARS-CoV-2 in soli tre giorni. «La nostra speranza è individuare potenti inibitori», aggiunge Bonvin. «I risultati iniziali hanno rivelato composti interessanti, alcuni dei quali sono già in fase di sperimentazione clinica, e quindi supportano la validità del metodo di screening».

L’enzima RdRp come bersaglio farmacologico ideale

Prima che i vaccini diventino disponibili, è possibile utilizzare farmaci antivirali per arrestare la replicazione del virus, ridurre al minimo gli effetti sulla salute e limitare la diffusione del virus. I coronavirus si basano su uno specifico RNA polimerasi RNA-dipendente (RdRp), un enzima che costruisce lunghe catene di acidi nucleici per replicare il loro genoma dell’RNA virale. Poiché all’uomo mancano tali proteine, l’enzima RdRp è un bersaglio farmacologico ideale.

Sfortunatamente, ad oggi, sono pochi i farmaci antivirali sviluppati contro altri coronavirus, tra cui Remdesivir, Favipiravir e EIDD-2801. A causa della natura del SARS-CoV-2, tuttavia, questi farmaci potrebbero non essere efficaci. Ecco perché HADDOCK ha eseguito una seconda proiezione contro il RdRp. «I cocktail di farmaci approvati che agiscono contro più proteine virali potrebbero offrire una soluzione appetibile a breve termine per combattere il virus nell’attesa di un vaccino efficace», afferma Bonvin.

Il ruolo dei supercomputer

BioExcel sta inoltre sviluppando e supportando alcuni degli strumenti più popolari che i gruppi di ricerca stanno utilizzando per simulare le proteinesui supercomputer. «I supercomputer offrono nuove possibilità per comprendere come il SARS-CoV-2 si leghi e infetti la cellula, il che ci aiuta a individuare i candidati antivirali che potrebbero impedire questo processo», afferma Erik Lindahl, direttore scientifico di BioExcel. «Le nostre applicazioni, come GROMACS, ci consentono di utilizzare contemporaneamente centinaia di migliaia di processori informatici per simulazioni estremamente veloci di sistemi biologici».

Ad esempio, partner del Max-Planck Institute tedesco, dell’Istituto di ricerca biomedica e del KTH Royal Institute of Technology svedese stanno utilizzando simulazioni con supercomputer per ottenere le intuizioni strutturali mancanti necessarie per comprendere le modalità di azione di un farmaco, prevedere gli effetti delle modifiche chimiche e progettare inibitori migliori.

«Solo attraverso sforzi coordinati e strette collaborazioni tra università e industria saremo in grado di superare le pandemie come quella da Covid-19», aggiunge Lindahl. «Centri come BioExcel svolgono un ruolo vitale nel facilitare questa collaborazione e sviluppare le competenze di cui abbiamo bisogno per avere successo». Il lavoro del progetto BioExcel prosegue anche in un progetto di follow-up, BioExcel-2, che dovrebbe durare fino al dicembre 2021.

Dettagli del progetto

  • Acronimo del progetto: BioExcel
  • Partecipanti: Svezia (coordinamento), Germania, Paesi Bassi, Spagna, Regno Unito
  • Progetto numero: 675728
  • Spesa totale: EUR 4 782 286,25
  • Contributo dell'UE: EUR 4 782 286
  • Durata: da novembre 2015 a dicembre 2018

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