Jak wyglądają prace nad lekiem na COVID-19?

Najpierw superkomputery o najpotężniejszych mocach obliczeniowych przeanalizują 500 miliardów cząsteczek chemicznych. W ten sposób naukowcy wytypują substancje potencjalnie skuteczne w leczeniu. Potem ruszy część doświadczalna projektu i do akcji wkroczą biolodzy molekularni. O szczegóły zapytaliśmy dr. hab. Marcina Nowotnego (Międzynarodowy Instytut Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie). Kierowana przez niego grupa bierze udział w pracach nad terapią skuteczną w walce z koronawirusem SARS-CoV-2.

Graficzna wizualizacja pigułki złożonej z cząsteczek chemicznych

Chodzi o projekt Exscalate4CoV. Finansuje go Unia Europejska (UE). Za realizację odpowiada publiczno-prywatne konsorcjum, którego liderem jest włoska firma biofarmaceutyczna Dompé. W działania zaangażowanych jest 18 instytucji z Włoch, Szwajcarii, Belgii, Niemiec, Szwecji, Hiszpanii i Polski. Nasz kraj reprezentuje Międzynarodowy Instytut Biologii Molekularnej i Komórkowej, a konkretnie grupa dr. hab. Marcina Nowotnego.

Uśmiechnięty Marcin Nowotny w garniturze i okularach

Dr hab. Marcin Nowotny / arch. MIBMiK

Superkomputery na tropie leku

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” – opowiada Marcin 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.

Część eksperymentalna projektu

Kolejny krok to 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 Marcin 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” – tłumaczy Marcin Nowotny.

To właśnie 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.

Liczy się czas

W projekcie kluczowa 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 Marcin Nowotny.

Ile potrwają prace nad lekiem

Projekt Exscalate4CoV ma ruszyć najpóźniej 1 kwietnia 2020 r. Trzeba pamiętać, że poszukiwanie leków to trudny, bardzo pracochłonny i wolny proces. Na pewno zajmie to miesiące, a być może lata. Grupa z Warszawy otrzyma na swoje badania ponad 70 tys. euro. Finansowanie zapewnia Komisja Europejska w ramach programu Horyzont 2020.

Laboratorium Struktury Białka

Grupa Marcina Nowotnego istnieje od 12 lat. Zajmuje się 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.

Grupa Marcina Nowotnego działa w ramach Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej, związanego z Polską Akademią Nauk.

Źródło informacji i zdjęcia: Międzynarodowy Instytut Biologii Molekularnej i Komórkowej

Data publikacji: 24 marca 2020 r.