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La actual pandemia de COVID-19 está teniendo un efecto devastador en la sociedad. Para superarla, las comunidades investigadoras deben tomar medidas coordinadas y compartir esfuerzos, conocimientos especializados y tecnologías. Esto es especialmente importante conforme Europa trabaja hacia el desarrollo de posibles tratamientos y vacunas para la enfermedad. «Tanto el sector público como el privado están realizando unos esfuerzos concertados ingentes para hacer frente a esta crisis», afirma Rossen Apostolov, director ejecutivo de BioExcel. «Sin duda, el descubrimiento de una vacuna o cura será de vital importancia para el control a largo plazo de la propagación del SARS-Cov-2, así como la de los patógenos relacionados».
Como uno de los centros para la investigación biomolecular computacional líderes en Europa, BioExcel desarrolla aplicaciones de software de vanguardia y presta ayuda experta en ámbitos como la modelización biomolecular integradora, simulaciones dinámicas moleculares, cálculos de energía libre y acoplamiento. Estos conocimientos especializados únicos y este paquete de aplicaciones hacen que el centro esté bien posicionado para responder rápidamente a una pandemia.
Cuando estalló la crisis de la COVID-19, BioExcel lanzó inmediatamente una serie de iniciativas de investigación para el SARS-CoV-2. En concreto, se establecieron numerosas colaboraciones, se amplió la ayuda a los usuarios y se proporcionó acceso prioritario a las instalaciones de supercomputación del centro. «La colaboración internacional es fundamental para hacer frente a este enorme desafío», añade Apostolov. «Si queremos tener éxito, necesitamos agrupar a la comunidad investigadora internacional».
BioExcel participa en numerosos proyectos en beneficio de la investigación de la COVID-19, algunos de los cuales se destacan a continuación.
Ampliación de la comprensión mediante simulaciones
HADDOCK, una de las aplicaciones de software básicas de BioExcel, es una herramienta esencial desarrollada por la Universidad de Utrecht y empleada por más de 17 000 investigadores de todo el mundo. Permite a los científicos el estudio de las interacciones complejas entre el virus y las proteínas humanas y la predicción de cómo las pequeñas moléculas atacan a las proteínas clave del virus.
«Estas simulaciones son fundamentales para nuestra comprensión de, por ejemplo, cómo bloquear la proteasa de la COVID-19, la enzima responsable de la descomposición de la cadena polipeptídica viral expresada en unidades funcionales», explica Alexandre Bonvin, desarrollador principal de HADDOCK.
El equipo de HADDOCK, con los recursos de computación de alto rendimiento disponibles a través de la Nube Europea de la Ciencia Abierta, cribó más de 2 000 fármacos aceptados contra la proteasa del SARS-CoV-2 en tan solo tres días. «Nuestra esperanza es identificar posibles inhibidores», añade Bonvin. «Los resultados iniciales han revelado compuestos interesantes, para algunos de los cuales ya se están realizando ensayos clínicos, lo que respalda la validez del método de cribaje».
RdRp como diana farmacológica ideal
Antes de que las vacunas estén disponibles, los antivíricos pueden utilizarse para detener la replicación vírica, minimizar los efectos sobre la salud y disminuir la propagación del virus. Los coronavirus dependen de una ARN replicasa (RdRp, por sus siglas en inglés), una enzima que crea cadenas largas de ácidos nucleicos para replicar su genoma viral de ARN. Debido a que los humanos carecen de dichas proteínas, la RdRp constituye una diana farmacológica ideal.
Por desgracia, de momento solo se han desarrollado un puñado de antivíricos contra los coronavirus, entre los que se incluyen el remdesivir, el favipiravir y el EIDD-2801. Sin embargo, debido a la naturaleza del SARS-CoV-2, puede que estos fármacos no sean efectivos. Ese es el motivo por el que HADDOCK realizó un segundo cribaje frente a la RdRp. «Los cócteles de fármacos aprobados que actúan con varias proteínas víricas pueden ofrecer una solución atractiva a corto plazo para combatir el virus mientras esperamos una vacuna eficaz», afirma Bonvin.
El papel de los superordenadores
BioExcel también está desarrollando y respaldando algunas de las herramientas más populares que los grupos de investigación utilizan para simular proteínas en superordenadores. «Los superordenadores ofrecen nuevas posibilidades para comprender cómo el SARS-CoV-2 se une e infecta a la célula, lo que nos ayuda a identificar candidatos antivíricos que puedan evitar el proceso», afirma Erik Lindahl, director científico de BioExcel. «Nuestras aplicaciones, como GROMACS, nos permiten utilizar centenares de miles procesadores informáticos al mismo tiempo para simulaciones extremadamente rápidas de sistemas biológicos».
Por ejemplo, socios del Instituto Max Planck, del Instituto de Investigación Biomédica y del Real Instituto de Tecnología KTH están usando simulaciones por superordenador para obtener la información estructural que falta y que es necesaria para comprender la forma de acción de un fármaco, predecir los efectos de las modificaciones químicas y diseñar mejores inhibidores.
«Solo mediante esfuerzos coordinados y colaboraciones estrechas entre el sector académico y el industrial seremos capaces de superar pandemias como la de la COVID-19», añade Lindahl. «Los centros como BioExcel desempeñan un papel vital al facilitar esta colaboración y crear los conocimientos especializados que necesitamos para tener éxito». El trabajo de BioExcel también ha proseguido en un proyecto de continuación, BioExcel-2, el cual está previsto que dure hasta diciembre de 2021.