PDF Basket
Den pågående covid-19-pandemin har förödande konsekvenser för samhället. För att hantera dem måste forskningsgrupper genomföra samordnade insatser och dela med sig av sitt arbete, sin expertis och sin teknik. Det är särskilt viktigt i det europeiska arbetet för att utveckla potentiella behandlingar och vaccin mot sjukdomen.
”Både den offentliga och den privata sektorn gör enorma gemensamma ansträngningar för att hantera krisen”, säger Rossen Apostolov, verkställande direktör för BioExcel. ”Det är utan tvekan så att upptäckten av ett vaccin och botemedel kommer att ha avgörande betydelse för den långsiktiga kontrollen av spridningen av SARS-Cov-2 och relaterade patogener.”
Som ett av Europas ledande centrum för databaserad biomolekylär forskning, utvecklar man på BioExcel mjukvaruapplikationer och tillhandahåller expertstöd inom områdena biomolekylär integrerad modellering, molekylär dynamisk simulering, beräkningar av fri energi samt dockning. Den här unika expertisen och serien av applikationer innebär att centrumet har goda förutsättningar att snabbt svara på en global pandemi.
När covid-19-krisen slog till, lanserade man vid BioExcel en rad forskningsinitiativ rörande SARS-CoV-2. Specifikt så upprättade man ett flertal samarbeten, användarstödet utökades och prioriterad tillgång till centrumets superdatoranläggningar tillhandahölls. ”Internationellt samarbete är avgörande för att tackla den här stora utmaningen”, tillägger Apostolov. ”Om vi vill lyckas, måste vi samla den internationella forskarvärlden.”
BioExcel deltar i ett flertal projekt till stöd för forskning kring covid-19 och här nedan lyfter vi fram några av dem.
Utökad förståelse med hjälp av simuleringar
HADDOCK, en av BioExcels främsta mjukvaruapplikationer, är ett avgörande verktyg som utvecklats av Utrecht universitet och som används av över 17 000 forskare runtom i världen. Det gör det möjligt för forskare att studera de komplexa interaktionerna mellan viruset och mänskliga proteiner och att förutsäga hur små molekyler riktar in sig på virusets viktigaste proteiner.
”De här simuleringarna är avgörande för att vi, till exempel, ska kunna förstå hur man kan blockera covid-19:s proteas, det enzym som är ansvarigt för att bryta ned virusets polypeptidkedja till funktionella enheter”, förklarar Alexandre Bonvin, den ledande utvecklaren av HADDOCK.
Med hjälp av de dataresurser med hög kapacitet som finns tillgängliga via det europeiska öppna forskningsmolnet, testade HADDOCK-gruppen över 2 000 godkända läkemedel mot SARS-CoV-2 proteasen på bara tre dagar. ”Vår förhoppning är att identifiera potenta inhibitorer”, tillägger Bonvin. ”De inledande resultaten har avslöjat intressanta sammansättningar, varav vilka några redan används i kliniska prövningar och därmed ger stöd till testmetodens validitet.”
RdRp som ett perfekt läkemedelsmål
Tills dess att det finns tillgängliga vaccin, kan antivirala läkemedel användas för att stanna upp virusreplikationen, minimera effekterna på hälsan och minska virusets spridning. Coronavirus förlitar sig på en specifik RNA-beroende RNA-polymeras (RdRp), ett enzym som bygger upp långa kedjor av nukleinsyror för att kopiera sitt virala RNA-genom. Eftersom människor saknar dessa protein är RdRp ett perfekt mål för läkemedel.
Tyvärr har det hittills bara utvecklats några få antivirala läkemedel mot andra coronavirus, däribland Remdesivir, Favipiravir och EIDD-2801. På grund av SARS-CoV-2:s natur är det dock inte säkert att dessa läkemedel har någon effekt. Det var därför HADDOCK genomförde en andra testomgång mot RdRp. ”En cocktail av godkända läkemedel som verkar på flera olika virusproteiner kan erbjuda en bra kortsiktig lösning för att bekämpa viruset medan vi väntar på ett verksamt vaccin”, säger Bonvin.
Superdatorers roll
BioExcel utvecklar och stödjer också några av de mest populära verktygen som forskningsgrupper använder för att simulera proteiner på superdatorer. ”Superdatorer erbjuder nya möjligheter att förstå hur SARS-CoV-2 binder till och infekterar celler, vilket hjälper oss att identifiera antivirala kandidater som kan hindra den här processen”, säger Erik Lindahl, vetenskaplig chef för BioExcel. ”Våra applikationer, så som GROMACS, gör det möjligt för oss att använda hundratusentals datorprocessorer samtidigt för extremt snabba simuleringar av biologiska system.”
Till exempel använder partner från Max-Planck Institute, the Institute for Research in Biomedicine och Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) superdatorsimuleringar för att skaffa sig de strukturella insikter som saknas för att man ska kunna förstå ett läkemedels verkningssätt, förutsäga effekterna av kemiska modifieringar och designa bättre inhibitorer.
”Bara genom samordnade insatser och starka samarbeten mellan den akademiska världen och industrin kommer vi att kunna övervinna pandemier som covid-19”, tillägger Lindahl. ”Centrum som BioExcel spelar en avgörande roll i att underlätta sådant samarbete och bygga upp den expertis vi behöver för att lyckas.” BioExcels arbete har också fortsatt inom ramen för ett uppföljningsprojekt, BioExcel-2, som planeras pågå fram till december 2021.