Najpierw superkomputery o najpotężniejszych mocach obliczeniowych przeanalizują 500 miliardów cząsteczek chemicznych. W ten sposób naukowcy wytypują substancje potencjalnie skuteczne w leczeniu. Potem nastąpi część doświadczalna projektu w której wezmą udział biolodzy molekularni. Tak w dużym skrócie wyglądają fazy projektu Exscalate4CoV, finansowanego przez UE, zmierzającego do znalezienia leku na koronawirus.
W projekcie tym bierze udział olbrzymia grupa uczonych z 18 europejskich instytucji badawczych. Polskę reprezentuje grupa naukowców z Laboratorium Struktury Białka Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej PAN, kierowana przez dr. hab. Marcina Nowotnego (na fot.). Zajmuje się od kilkunastu lat biologią molekularną i współpracuje z przemysłem farmaceutycznym w pracach nad nowymi lekami. Stosuje głównie dwie metody: krystalografię białkową, a ostatnio także mikroskopię krioelektronową. Obie pozwalają na wizualizację cząsteczek biologicznych (białek, kwasów nukleinowych i ich kompleksów) z ogromną precyzją, na poziomie pojedynczych atomów. To z kolei pomaga zrozumieć, jak te cząsteczki funkcjonują w zdrowej komórce i w stanach chorobowych.
Za realizację projektu Exscalate4CoV odpowiada publiczno-prywatne konsorcjum, którego liderem jest włoska firma biofarmaceutyczna Dompé. Sercem projektu jest platforma Exscalate opracowana przez Dompé. Wykorzystuje ona wirtualną bibliotekę chemiczną, złożoną z 500 miliardów cząsteczek.
– Jest w stanie obliczeniowo testować ponad 3 miliony tych cząsteczek na sekundę. Chodzi o to, by znajdować takie, które mogą wiązać się z białkami wirusa i je hamować. Substancje te są potencjalnymi lekami antywirusowymi – mówi dr Nowotny.
Exscalate to najpotężniejsza i najbardziej efektywna kosztowo platforma komputerowa tego typu na świecie. Aby w pełni wykorzystać jej potencjał, zostanie połączona z siecią superkomputerowych zasobów UE. Działanie wytypowanych substancji będzie następnie sprawdzane eksperymentalnie.
Kluczowe jest zrozumienie, w jaki sposób koronawirus SARS-CoV-2 łączy się z potencjalnym lekiem. Naukowcy określą trójwymiarowe struktury atomowe białek wirusa z wybranymi cząsteczkami.
– Pozwoli to na dokładne poznanie mechanizmu działania zidentyfikowanych substancji. Pomoże też w optymalizacji ich budowy chemicznej, aby poprawić własności cząsteczek – wyjaśnia dr Nowotny. – Chodzi o to, by cząsteczka leku dokładnie pasowała swoim kształtem do cząsteczki białka wirusowego. Dzięki temu może się silnie wiązać do tego białka i skutecznie je hamować, trochę jak klin wbity w skomplikowany mechanizm. Jednocześnie cząsteczka taka nie może przyczepiać się do białek ludzkich. Ich hamowanie może bowiem zaburzać funkcjonowanie komórek i mieć efekt toksyczny.
To jego grupa – wspólnie z badaczami z synchrotronu Elettra z Włoch – odpowiada za określenie struktur przestrzennych metodami krystalografii rentgenowskiej. Dodatkowo naukowcy z Warszawy wykorzystają w swojej pracy metody mikroskopii elektronowej.
Istotą jest wirtualna identyfikacja znanych leków, dla których potwierdzono bezpieczeństwo stosowania u ludzi.
– Dzięki temu dana cząsteczka może być szybko wprowadzona do terapii. Co ważne, zorganizowanie kompletnej platformy służącej opracowaniu nowych leków pozwoli w przyszłości na szybką odpowiedź na epidemie czy pandemie podobne do obecnej – podkreśla dr Nowotny.
Projekt Exscalate4CoV ma ruszyć najpóźniej 1 kwietnia 2020 r. Mimo iż z punktu widzenia rozwijającej się pandemii liczy się czas, znalezienie nowego leku to proces pracochłonny i długi. Przy współudziale tylu naukowców i superkomputerów może być wprawdzie szybszy niż dotychczasowe, ale i tak może zająć miesiące, a nawet lata.
Grupa z Warszawy otrzyma na swoje badania ponad 70 tys. euro. Finansowanie zapewnia Komisja Europejska w ramach programu Horyzont 2020.
JK
(Źródło: MIBMiK PAN)