Naukowcy z 18 instytucji używają najmocniejszych unijnych superkomputerów, by znaleźć lek na COVID-19. Łączą algorytmy, biochemię i badania molekularne w ramach ogromnego projektu badawczego oraz angażują roboty

Trwa realizacja projektu E4C. Ma zidentyfikować potencjalnie nowe cząsteczki, które mogłyby zostać wykorzystane w lekach przeciwko koronawirusowi. E4C jest publiczno-prywatnym konsorcjum wspieranym 3 milionami euro z programu Komisji Europejskiej „Horyzont 2020”.

Konsorcjum koordynowane przez Dompé Farmaceutici, światowego producenta leków z korzeniami w Mediolanie, składa się z 18 instytucji z siedmiu krajów europejskich. Wśród partnerów są naukowcy m.in. z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej z Warszawy.

Międzynarodowy zespół stara się zidentyfikować cząsteczki, które mogą blokować rozwój wirusa wewnątrz organizmu ludzkiego. Badają w tym celu ogromną bibliotekę liczącą około 500 miliardów molekuł – koronawirus ma znacznie większą złożoność, w porównaniu np. z wirusem ZIKA. Składa się z białek, które mają bardzo różne funkcje biologiczne.

Aby jak najszybciej wytypować najbardziej obiecujących kandydatów, naukowcy korzystają z mocy obliczeniowej superkomputerów – te są w stanie przetwarzać i wyszukiwać do 3 milionów molekuł na sekundę. Superkomputery wykorzystywane są do generowania i analizy modeli 3D białek patogenów.

Podstawą projektu E4C jest Exscalate (EXaSCale smArt pLatform Against paThogEns), obecnie najmocniejsza inteligentna platforma superkomputerowa na świecie. Exscalate jest jedyną platformą zdolną do eksaskalowego wirtualnego przesiewania miliardów cząsteczek na wielu obiektach w ciągu kilku godzin. To właśnie Exscalate ma „bibliotekę chemiczną” złożoną z 500 miliardów cząsteczek.

Międzynarodowy zespół stara się zidentyfikować cząsteczki, które mogą blokować rozwój wirusa wewnątrz organizmu ludzkiego. Badają w tym celu ogromną bibliotekę liczącą około 500 miliardów molekuł

Masowe wirtualne działania przesiewowe realizują trzy najpotężniejsze centra komputerowe w Europie, a mianowicie CINECA, BSC i JÜLICH. To najlepsza kombinacja architektury sprzętowej, wzmocniona przez włoski Narodowy Instytut Fizyki Nuklearnej współpracujący z Europejską Organizacją Badań Jądrowych CERN. Udostępniają one infrastrukturę o wysokiej przepustowości.

Niedawno do inicjatywy przystąpiła włoska firma ENI, współpracująca z CINECA. Ma ona najszybszy na świecie superkomputer dla przemysłu HPC5. Jest to zestaw równoległych jednostek obliczeniowych o szczytowej mocy przetwarzania 51,7 petaflopsów.

W połączeniu z systemem superkomputerowym działającym od 2018 r. (HPC4), maksymalna wydajność obliczeniowa infrastruktury wynosi 70 petaflopsów: to 70 milionów miliardów operacji matematycznych wykonanych w ciągu jednej sekundy. Dzięki takiemu zestawowi badacze mogą pracować jednocześnie nad wszystkimi 25 białkami wirusa, które biorą udział w różnych mechanizmach związanych z infekcją, replikacją i blokowaniem ludzkiego układu odpornościowego.

Po identyfikacji obiecujące cząsteczki są wysyłane do Leuven w Belgii, instytucji badawczo-edukacyjnej o międzynarodowej renomie. Tam naukowcy infekują komórki wirusem SARS-CoV-2, po czym dodają wytypowane cząsteczki i obserwują reakcję zarażonych komórek.

Badania wykonywane są pod niskim ciśnieniem w zautomatyzowanym laboratorium, unikalnym obiekcie, gdzie robotyczne ramiona umieszczają płytki z komórkami i koronawirusem w maszynach do pipetowania. Wprowadzają wirusa na płytki z komórkami, dodają wytypowane molekuły i umieszczają takie próbki w inkubatorach, w których temperatura wynosi 37 stopni Celsjusza. Po kilku dniach roboty umieszczają płytki w automatycznym mikroskopie, który sprawdza, czy któryś ze związków zablokował wirusa.

Dzięki finansowaniu badań z programu Horyzont 2020 członkowie konsorcjum będą publikować wszystkie analizy i wyniki w sposób otwarty. E4C udostępni repozytorium publikacji pochodzących z działań projektu oraz wszelkie inne dokumenty i raporty, które wygeneruje inicjatywa.

Skip to content