Coronavirus, supercomputer italiani per trovare velocemente una terapia

ROMA – Utilizzare i supercomputer italiani che hanno permesso la scoperta del bosone di Higgs per trovare velocemente una terapia efficace contro il coronavirus. Questa è la sfida che Sybilla Biotech, spin-off dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e delle Università di Trento e Perugia ha lanciato contro il covid-19. 

La tecnologia che ha permesso grandi scoperte scientifiche ora si mette a totale disposizione della lotta al coronavirus, con circa 30mila unità di calcolo (CORE) che in 8 data center dell’INFN lavoreranno in parallelo da fine marzo per studiare la molecola che riesce a bloccare il virus prima che riesca a penetrare nelle cellule, neutralizzando quindi il suo “cavallo di Troia”.

Urgent computing contro il covid-19

I ricercatori della Sybilla Biotech hanno messo a punto un protocollo chiamato PPI-FIT (Pharmacological Protein Inactivation by Folding Intermediate Targeting) che è stato descritto nel server BioRxiv. I supercomputer dovranno quindi simulare con precisione atomica il modo in cui alcune proteine si ripiegano su sé stesse, permettendo così di studiarne la forma e permettere di progettare nuovi farmaci che siano i grado di agire contro una vasta gamma di bersagli.

Utilizzare questo protocollo basato sulla biofisica e chimica computazionale è importante per velocizzare moltissimo lo sviluppo di un nuovo farmaco. Le simulazioni dei supercomputer permettono di individuare per tempo i farmaci con più possibilità di riuscita, selezionando così le molecole su cui investire il tempo di ricerca e sperimentazione. 

Gaetano Maron, direttore del CNAF, ha spiegato: “Abbiamo messo a disposizione di Sibylla Biotech tutta la nostra esperienza nel gestire grandi potenze di calcolo e complessi codici numerici sia di simulazione sia di analisi dati, quella, per intenderci, che ci ha permesso di scoprire nel 2012 il Bosone di Higgs. Con grande rapidità abbiamo “distratto” circa  30.000 unità di calcolo dall’analisi dati degli esperimenti di LHC riorientandole verso le simulazioni della proteina ACE2”.

E aggiunge: “E’ un esempio di quello che oggi è chiamato “Urgent Computing”, la possibilità di orientare in brevissimo tempo la potenza di calcolo di un sistema a un singolo scopo, applicato qui d un caso reale di emergenza planetaria”. 

Nella sfida al coivd-19 l’INFN ha coinvoltoi data center dedicati solitamente all’analisi dei dati degli esperimenti di LHC (sezioni di Pisa, Roma, Napoli, Milano, Bari e Laboratori di Frascati e Legnaro) e il proprio centro di calcolo nazionale, il CNAF di Bologna, che da solo conta oltre la metà della potenza computazionale a disposizione di INFN.

ACE2, come disattivare il cavallo di Troia del coronavirus

La tecnologia è stata inventata dai soci fondatori di Sibylla Biotech nell’ambito di una ricerca accademica sulla replicazione dei prioni e l’individuazione di strategie farmacologiche contro questi agenti infettivi supportata da INFN, Fondazione Telethon, Università di Trento e Università di Perugia.

Con l’avvento del coronavirus, l’obiettivo invece è cambiato. Tutte le forze sono ora investite per identificare molecole che possano interferire con il processo di replicazione del virus SARS-COV2, per rallentare la sua diffusione in attesa della produzione di un vaccino.

In particolare, Sibylla Biotech si sta concentrando sulla proteina ACE2, il recettore cellulare che si trova soprattutto nelle cellule umane dell’endotelio polmonare e in altri tessuti come nel cuore e nell’intestino, al quale si lega la proteina virale Spike presente sulla superficie del virus.

ACE2 si comporta quindi da cavallo di Troia, permettendo al virus di penetrare nella cellula e iniziare il suo processo di replicazione. Applicando il protocollo PPI-FIT, sarà possibile effettuare la ricerca di molecole capaci di diminuire i livelli del recettore, inibendo quindi l’entrata del virus. 

Lidia Pieri, amministratore delegato di Sibylla Biotech, ha spiegato: “Appena ci è stato chiaro l’inizio dell’emergenza sanitaria e i meccanismi legati alla replicazione del virus, ovvero a fine febbraio, abbiamo subito deciso di rivolgere i nostri sforzi allo studio del percorso di ripiegamento di ACE2, dedicando allo scopo la totalità delle risorse umane e computazionali del team di ricerca”.

Terapia contro coronavirus: un passo veloce coi supercomputer

La Pieri ha spiegato che per ora hanno ottenuto dei risultati preliminari: “Per le caratteristiche della proteina ACE2 avremmo però impiegato alcuni mesi per completare la simulazione con le nostre sole risorse computazionali. Con le risorse messe prontamente a disposizione dall’INFN è invece possibile ipotizzare di ottenere gli stessi risultati in poche settimane, rispondendo in maniera efficace all’emergenza”.

Tutti i risultati ad oggi ottenuti, spiega ancora l’amministratore delegato di Sibylla Biotech, saranno condivisi con la comunità scientifica internazionale così che “possano essere utilizzati subito da chiunque abbia i mezzi per farlo, sia in ambito accademico che industriale”. Un passo importante e una veloce accelerazione verso la creazione di un vaccino con un importante contributo dell’Italia, che si mostra in prima linea.

(Fonte INFN, BiorRxiv)

(Il video preliminare del processo di ripiegamento della proteina ACE2)