U kunt het coronavirus helpen bestrijden. Het enige wat je nodig hebt is een computer

Thuis blijven is niet de enige manier om de pandemie van het coronavirus te bestrijden.

Honderdduizenden vrijwilligers hebben hun thuiscomputers toegevoegd aan een enorm netwerk dat een virtuele supercomputer wordt genoemd Folding @ home. Het Folding @ home-project, dat gebruikmaakt van crowdsourced rekenkracht om simulaties van eiwitten uit te voeren voor onderzoekers die ziekten bestuderen, kondigde in februari aan dat het zou beginnen met het analyseren van eiwitten die in het coronavirus worden gevonden achter de aanhoudende pandemie (SN: 3/4/20). Deze eiwitten zijn hulpmiddelen die het virus helpen menselijke cellen te infecteren. Met behulp van computersimulaties brengen onderzoekers de eiwitten van het coronavirus in kaart, in de hoop zo kwetsbaarheden bloot te leggen die kunnen worden aangevallen met nieuwe medicijnen.

Hoe meer vrijwilligers hun ongebruikte rekenkracht aan de inspanning doneren, hoe sneller de virtuele supercomputer zijn magie kan bewerken. Sinds het project kondigde zijn nieuwe focus aan op het coronavirus waren op 19 maart ongeveer 400.000 nieuwe vrijwilligers toegetreden. Op 26 maart was dat aantal gegroeid tot ongeveer 700.000. De collectieve rekenkracht van dat legioen vrijwilligers maakt Folding @ home veruit de krachtigste supercomputer ter wereld.

Wetenschappelijk nieuws sprak met projectleider Gregory Bowman, een biofysicus aan de Washington University School of Medicine in St. Louis, over hoe het project werkt en hoe mensen kunnen helpen.

Hoe helpen simulaties bij het in kaart brengen van coronavirus-eiwitten?

Onderzoekers hebben snapshots gemaakt van de eiwitten van het coronavirus, SARS-CoV-2 genaamd, met behulp van technieken zoals röntgenkristallografie en cryo-elektronenmicroscopie (SN: 10/4/17). Maar eiwitten staan ​​niet stil, zegt Bowman.

‘Alle atomen in het eiwit en [its surroundings] duwen en trekken voortdurend aan elkaar ”, zegt hij. “Wat we doen is die fysieke interacties in de computer modelleren.” Die simulaties onthullen de verschillende vormen die de structuur van een eiwit kan aannemen.

Wat voor soort kwetsbaarheden zoekt u?

‘Je wilt een mooi zakje op het oppervlak van een eiwit waar je je dit kleine molecuul kunt voorstellen dat we in een groef willen invoegen’, zegt Bowman. Maar veel eiwitten, vooral die in virussen, hebben schijnbaar gladde oppervlakken, waardoor ze moeilijk te targeten zijn.

Folding @ home-simulaties geven wetenschappers de kans om te ontdekken wat Bowman ‘cryptische zakken’ noemt – potentiële dockingsites voor medicijnen die niet zichtbaar zijn in stilstaande beelden van het eiwit, maar die worden onthuld terwijl het eiwit in een computersimulatie ronddraait.

Heeft dit gewerkt voor andere virussen?

‘We hebben eigenlijk één eiwit van het ebolavirus genomen en simulaties uitgevoerd ontdekte een van deze cryptische zakken‘, Zegt Bowman. “Daarna gingen we de experimenten doen om te laten zien dat er echt een klein zakje is, en als we daar een klein molecuul in steken, kan het de functie van het eiwit echt uitschakelen.” Evenzo kan een nieuw medicijnmolecuul worden ontworpen om in de chemische tandwielen van een SARS-CoV-2-eiwit te blijven steken, waardoor het virus niet in staat is menselijke cellen te infecteren.

Waarom niet gewoon een bestaand medicijn vinden dat werkt voor het coronavirus?

‘Dat zou geweldig zijn’, zegt Bowman. Het ontwikkelen van nieuwe medicijnen kan jaren of zelfs decennia duren, dus onderzoeken onderzoekers verschillende bestaande medicijnen – zoals die ter bestrijding van hepatitis C, Ebola en malaria – als mogelijke COVID-19-behandelingen (SN: 10-10-20). Maar ‘er is geen garantie dat deze dingen zullen werken’, zegt hij. Zo vertoonden antivirale geneesmiddelen voor de behandeling van hiv die aanvankelijk veelbelovend leken, geen duidelijk voordeel voor coronaviruspatiënten in een recent klinisch onderzoek (SN: 19-3-20). Inspanningen zoals Folding @ home-supplemententests op bestaande medicijnen door de zoekopdracht uit te breiden.

Zelfs als iemand een medicijn identificeert dat SARS-CoV-2 kan verlammen, “willen we daar niet stoppen”, zegt Bowman. “De aanname is dat dit, zoals veel virussen, behoorlijk snel zal muteren, en dat als we het niet bijhouden, we zo terug zijn met hetzelfde probleem dat we nu hebben. Dit ding op veel fronten aanpakken is onze beste gok voor succes. ”

Waarom heb je een supercomputer nodig voor de simulaties?

“We moeten op heel, heel, heel kleine tijdschalen werken” om de kleine trillingen van atomen in eiwitten vast te leggen, zegt Bowman. “Elke stap in de simulatie is in de orde van grootte van een femtoseconde”, of een biljardste seconde. Om bijvoorbeeld de eiwitbeweging gedurende een seconde te volgen, ‘moeten we operaties als een miljard in het kwadraat uitvoeren op de computer, en voor al deze bewerkingen moeten we ons afvragen hoe elk paar atomen in het eiwit en de omringende oplossing met elkaar omgaan met elkaar ”, zegt hij. Door gebruik te maken van de rekenkracht van veel vrijwilligers tegelijk, voert Folding @ home in één maand berekeningen uit die een gewone desktopcomputer 100 jaar zou kunnen kosten.

Folding @ home is niet de enige supercomputer die SARS-CoV-2 moet bestuderen. Op 23 maart komt het Witte Huis kondigde een nieuw consortium aan van bedrijven, universiteiten en overheidsinstanties – waaronder verschillende nationale laboratoria, NASA, IBM en Microsoft – die onderzoekers toegang bieden tot hun supercomputers om de ontdekking van behandelingen of een vaccin voor SARS-CoV-2 te bespoedigen.

Wie kan helpen met Folding @ home?

“Iedereen kan onze software op hun pc installeren en een bijdrage leveren”, een deel van hun ongebruikte rekenkracht, zegt Bowman. “We hebben iedereen, van mensen die het op hun oudere laptops gebruiken, tot gamers met echt hardcore machines tot … bedrijven die computerclusters naar Folding @ home wijzen.”