Poți contribui la combaterea coronavirusului. Tot ce ai nevoie este un computer

Starea acasă nu este singura modalitate de a ajuta la combaterea pandemiei de coronavirus.

Sute de mii de voluntari și-au adăugat computerele de acasă la o rețea vastă care formează un supercomputer virtual numit [email protected] Proiectul [email protected], care folosește puterea de calcul aglomerată pentru a rula simulări de proteine ​​pentru cercetătorii care studiază bolile, a anunțat în februarie că va începe să analizeze proteinele găsite în coronavirus în spatele pandemiei în curs (SN: 3/4/20). Aceste proteine ​​sunt instrumente care ajută virusul să infecteze celulele umane. Folosind simulări pe computer, cercetătorii cartografiază proteinele coronavirusului, în speranța de a dezvălui vulnerabilități care pot fi atacate cu medicamente noi.

Cu cât sunt mai mulți voluntari care își donează puterea de calcul nefolosită efortului, cu atât supercomputerul virtual își poate lucra mai repede. De când proiectul și-a anunțat noua atenție asupra coronavirusului, aproximativ 400.000 de noi voluntari s-au alăturat, începând cu 19 martie. Până pe 26 martie, numărul a crescut la aproximativ 700.000. Puterea colectivă de calcul a acelei legiuni de voluntari face din [email protected] de departe cel mai puternic supercomputer din lume.

Știri Științe a vorbit cu liderul proiectului Gregory Bowman, biofizician la Washington University School of Medicine din St. Louis, despre cum funcționează proiectul și cum oamenii pot ajuta.

Cum ajută simulările să mapați proteinele coronavirus?

Cercetătorii au făcut instantanee ale proteinelor coronavirusului, numite SARS-CoV-2, folosind tehnici precum cristalografia cu raze X și microscopia crio-electronică (SN: 10/4/17). Dar proteinele nu stau nemișcate, spune Bowman.

„Toți atomii din proteină și [its surroundings] se împing și se trag continuu unul de celălalt”, spune el. „Ceea ce facem este să modelăm acele interacțiuni fizice în computer.” Aceste simulări dezvăluie diferitele forme pe care le poate lua structura unei proteine.

Ce tipuri de vulnerabilități căutați?

„Vrei un buzunar frumos pe suprafața unei proteine ​​în care să-ți imaginezi această mică moleculă pe care o proiectăm inserând-o într-o canelură”, spune Bowman. Dar multe proteine, în special cele din viruși, au suprafețe aparent netede, ceea ce le face greu de vizat.

Simulările [email protected] le oferă oamenilor de știință șansa de a descoperi ceea ce Bowman numește „buzunare criptice” – potențiale site-uri de andocare pentru medicamente care nu sunt vizibile în imaginile statice ale proteinei, dar sunt dezvăluite pe măsură ce proteina se frământă într-o simulare pe computer.

Proiectul [email protected] își propune să simuleze „fiecare [coronavirus] proteine ​​pentru care putem construi structuri de pornire rezonabile”, spune Bowman. „Există deja o serie de proteine ​​din noul coronavirus” pe care cercetătorii le-au imaginat, cum ar fi proteina spike a virusului (prezentată), care îl ajută să infecteze celulele umane. [email protected] simulează proteine ​​coronavirus ca aceasta pentru a căuta medicamente care ar putea opri virusul.

A funcționat asta pentru alți viruși?

„De fapt, am luat o proteină din virusul Ebola și am făcut simulări și am descoperit unul dintre aceste buzunare criptice”, spune Bowman. „Apoi ne-am dus și am făcut experimentele pentru a arăta că într-adevăr există un buzunar mic, iar dacă înfiptăm o moleculă mică acolo, poate opri funcția proteinei.” De asemenea, o nouă moleculă de medicament ar putea fi proiectată să se lipească în roțile chimice ale unei proteine ​​SARS-CoV-2 care face virusul incapabil să infecteze celulele umane.

De ce nu găsim un medicament existent care funcționează pentru coronavirus?

„Ar fi uimitor”, spune Bowman. Dezvoltarea de noi medicamente poate dura ani sau chiar decenii, așa că cercetătorii investighează mai multe medicamente existente – cum ar fi cele concepute pentru a combate hepatita C, Ebola și malarie – ca potențiale tratamente pentru COVID-19 (SN: 3/10/20). Dar „nu există garanții că aceste lucruri vor funcționa”, spune el. De exemplu, medicamentele antivirale folosite pentru a trata HIV, care inițial păreau promițătoare, nu au arătat niciun beneficiu clar pentru pacienții cu coronavirus într-un studiu clinic recent (SN: 19/03/2020). Eforturi precum [email protected] testează suplimente pe medicamente existente prin extinderea căutării.

Chiar dacă cineva identifică un medicament care poate paraliza SARS-CoV-2, „nu vrem să ne oprim aici”, spune Bowman. „Presumarea este că, la fel ca mulți viruși, acest lucru se va muta destul de repede și că, dacă nu ținem pasul, vom reveni imediat cu aceeași problemă pe care o avem acum. Abordarea acestui lucru pe mai multe fronturi este cel mai bun pariu al nostru pentru succes.”

De ce aveți nevoie de un supercomputer pentru simulări?

„Trebuie să lucrăm la intervale de timp foarte, foarte, foarte mici” pentru a captura micile agitații ale atomilor din proteine, spune Bowman. „Fiecare pas din simulare este de ordinul unei femtosecunde” sau o cvadrilionime dintr-o secundă. Pentru a urmări mișcarea proteinelor timp de, să zicem, o secundă, „trebuie să facem operații ca un miliard de pătrați pe computer și fiecare dintre aceste operații ne cere să ne întrebăm cum interacționează fiecare pereche de atomi din proteină și soluția înconjurătoare. unul cu altul”, spune el. Utilizând puterea de calcul a multor voluntari în același timp, [email protected] efectuează calcule într-o singură lună care ar putea dura 100 de ani unui computer desktop obișnuit.

[email protected] nu este singurul supercomputer care are sarcina de a studia SARS-CoV-2. Pe 23 martie, Casa Albă a anunțat un nou consorțiu de companii, universități și agenții guvernamentale – inclusiv mai multe laboratoare naționale, NASA, IBM și Microsoft – care oferă cercetătorilor acces la supercomputerele lor pentru a accelera descoperirea tratamentelor sau a unui vaccin pentru SARS. CoV-2.

Cine poate ajuta cu [email protected]?

„Oricine poate instala software-ul nostru pe computerele personale și poate contribui” cu o parte din puterea lor de calcul neutilizată, spune Bowman. „Avem pe toată lumea, de la oameni care rulează pe laptopurile lor mai vechi, până la jucători care au mașini cu adevărat hardcore până la … companii care trimit grupuri de computere la [email protected]