L'esperimento si è tenuto lo scorso novembre 2020: sotto il coordinamento di Dompé, la biblioteca molecolare Exscalate e i supercomputer HPC5 di Eni e Marconi100 di Cineca (81 petaflop di capacità di calcolo) il software di screening virtuale realizzato e ottimizzato dal Politecnico di Milano e Cineca, e gli analytics di SAS sono stati protagonisti dell'esperimento di fast track più imponente al mondo.
Obiettivo: simulare il comportamento del virus Sars Cov 2 per individuare le modalità terapeutiche migliori per neutralizzarlo. Oltre 70 miliardi di molecole saranno testati su 15 “siti attivi” del virus attraverso l’elaborazione di mille miliardi di interazioni in sole 60 ore, passando da una capacità di 3 milioni di molecole simulate al secondo, la capacità fino ad ora, a 5 milioni di molecole simulate al secondo.
Una simulazione da record
Si tratta della simulazione di supercalcolo più complessa mai realizzata al mondo: come termine di paragone, la simulazione italiana è oltre 300 volte più grande e 500 volte più veloce di quella realizzata negli Stati Uniti a giugno di quest’anno. L'esperimento è reso possibile grazie alla disponibilità in simultanea della potenza di calcolo (81 petaflop: milioni di miliardi di operazioni al secondo) di HPC5 di Eni, il supercomputer industriale più potente al mondo, di Marconi100 di CINECA, e al software di screening virtuale accelerato dal Politecnico di Milano e Cineca, e alla biblioteca molecolare Exscalate di Dompé. I dati ricavati dalla simulazione saranno elaborati con la piattaforma SAS Viya utilizzando tecniche di intelligenza artificiale e advanced analytics. Si tratta del più completo patrimonio scientifico di conoscenze sul virus Sars Cov 2 disponibile a livello globale.
I risultati del fast track experiment sono disponibili in tempo reale sul portale 1trilliondock.exscalate4cov.eu
Tutti i risultati della simulazione sono condivisi con la comunità scientifica sul portale di open science di Exscalate, per consentire agli scienziati di tutto il mondo di poter proseguire con proprie simulazioni, beneficiando delle conoscenze “stato dell’arte”. I gruppi di ricerca del mondo possono infatti utilizzare i modelli delle proteine del virus e le librerie chimiche per generare nuove predizioni utilizzando diversi approcci di intelligenza artificiale e di simulazioni di meccanica molecolare.
MolEcular DockIng AT home
Il consorzio ha messo a disposizione dei gruppi di lavoro interessati 10 milioni di ore di calcolo dedicati e l’infrastruttura tecnologica necessaria. MEDIATE- MolEcular DockIng AT home - darà libero accesso alla più ampia base di dati oggi a disposizione sul Virus Sars-CoV-2 sia dal punto di vista strutturale (strutture tridimensionali) sia funzionale (proteine che interagiscono con le cellule umane), comprensiva di tutta la dinamica molecolare che interviene nell’interazione cellulare e i siti attivi per il potenziale ingresso di farmaci.
Il progetto MEDIATE può contare su di un board scientifico (coordinato dal partner del progetto Chelonia Applied Science) di altissimo livello a partire dal premio Nobel per la chimica computazionale Prof. Arieh Warshel, da Rossen Apostolov direttore esecutivo di BioExcel, centro di eccellenza europeo per la ricerca computazionale biomolecolare, Igor Tetko del Helmholtz Zentrum München ed il Prof. Yang Ye dello Shanghai Institute of Materia Medica.
Nel contesto della diffusione del coronavirus, l’utilizzo dei supercalcolatori affianca la ricerca tradizionale, accorciando i tempi per lo sviluppo di farmaci. Il progetto Exscalate4CoV, il progetto guidato da Dompè finanziato all'inizio della pandemia dalla Commissione Europea, si pone l'obiettivo di individuare i farmaci più sicuri e promettenti per il trattamento immediato della popolazione già infetta a cui seguirà l’individuazione di molecole capaci di inibire la patogenesi del coronavirus per contrastare i contagi futuri. Il cosiddetto «urgent computing» prevede di accedere ai più potenti supercalcolatori per supportare la ricerca quando, in condizioni di emergenza, il tempo è strettissimo, e le variabili in campo diventano troppe per poter contare solo sulle risorse della ricerca tradizionale.
Dalle simulazione al trial clinico
Nella prima fase del progetto, che ha preceduto questo esperimento, è stato effettuato uno screening su 400 mila molecole (farmaci già approvati e prodotti naturali sicuri per l’uomo) ed è stato condotto un test specifico per valutare 9000 molecole promettenti. Questa fase si è conclusa con l’individuazione di una molecola – il raloxifene – oggi sottoposta a trial clinico di fase III sottoposto ed approvato da AIFA. Il file del brevetto è stato depositato in data 6 maggio 2020 da Dompé farmaceutici, Fraunhofer Institute a Università di Lovanio al fine di promuovere l'accesso universale alle cure che ne potranno derivare, così come definito dalle linee guida del consorzio stesso.
La piattaforma virtuale Exscalate
Exscalate è una piattaforma di Dompè sviluppata da una collaborazione tra Cineca, Dompè e Politecnico di Milano. La piattaforma è già stata utilizzata nello studio del virus Zika. La piattaforma è stata sviluppata nel contesto del progetto Antarex, finanziato dalla commissione europea per lo studio di un sistema di supercalcolo sostenibile, a supporto della ricerca farmacologica. Exscalate ha una “biblioteca chimica” di 500 miliardi di molecole a cui i ricercatori possono attingere per simulare il comportamento del virus in abbinamento alle molecole farmaceutiche, ed è in grado di valutare di più di tre milioni di molecole al secondo, con costi e consumi energetici contenuti.
