Onderzoekers over de hele wereld werken met ongekende snelheid en schaal om het coronavirus te begrijpen, een vaccin ontwikkelen en nieuwe medicijnen ontdekken om COVID-19 te behandelen.

Nutsvoorzieningen, burgers, al hun steentje bijdragen om de verspreiding van het virus te stoppen door middel van sociale afstand en andere maatregelen, kunnen ook helpen bij het ontwikkelen van nieuwe therapieën door simulaties uit te voeren op hun computers. Het uitvoeren van specifieke berekeningen door het werk te coördineren en te verdelen over duizenden afzonderlijke computers, wordt gedistribueerd computergebruik genoemd.

Samen met afgestudeerde studenten in zijn lab, Universitair hoofddocent chemie Vincent Voelz heeft met een internationaal team van onderzoekers gewerkt aan het computationeel screenen van potentiële remmers van de belangrijkste protease van het coronavirus, een aantrekkelijk doelwit voor nieuwe antivirale geneesmiddelen. En daarvoor gebruiken ze het gedistribueerde computernetwerk Folding@home. Vouwen verwijst naar de processen waarbij een eiwitstructuur zijn vorm aanneemt zodat het zijn biologische functies kan uitvoeren.

"Onze groep gebruikt de tools van moleculaire simulatie en statistische mechanica om de structuur en functie van biomoleculen te onderzoeken, " zegt Voelz, die sinds 2007 met Folding@home werkt terwijl hij een postdoc was aan de Stanford University, waar het gedistribueerde computernetwerk begon. "Het is een snelle sprong van dat werk naar het gebruik van onze expertise in biomoleculaire simulatie om COVID-19 te helpen bestrijden."

Voor het coronavirusonderzoek Voelz werkt samen met onderzoekers van het Memorial Sloan-Kettering Cancer Center en Diamond Light Source. Een röntgenkristallografiegroep in het VK, Diamond Light Source heeft baanbrekend werk verricht bij het oplossen van meer dan duizend verschillende kristalstructuren van het belangrijkste protease van het coronavirus en het ontdekken van verschillende medicijnfragmenten die binden aan plaatsen op het eiwit.

"Als het virus een cel binnendringt, het coöpteert de machinerie van de cel om meer kopieën van zichzelf te assembleren en te repliceren, " legt Voelz uit. "Als je de protease kunt remmen, je kunt een noodzakelijke stap in de levenscyclus van het virus remmen."

De gecombineerde rekenkracht van de duizenden gebruikers van Folding@home wordt gebruikt om virtueel een groot aantal potentiële geneesmiddelen te screenen. Deze simulaties zullen helpen bepalen welke moleculen zullen worden gesynthetiseerd en geanalyseerd door onderzoekers die ernaar streven snel nieuwe therapieën tegen het coronavirus te ontwikkelen.

"We weten nu dat er veel medicijnfragmenten zijn die zich binden aan specifieke plaatsen op de eiwitstructuur van het coronavirus, " zegt Voelz. "Dit zijn aanknopingspunten voor verdere ontwikkeling van geneesmiddelen. De dynamische informatie die we krijgen van de Folding@home-simulaties is echt moeilijk experimenteel te meten in een laboratorium."

Begin maart, ongeveer 30, 000 gebruikers hadden de Folding@home-software gedownload en waren actieve deelnemers aan het COVID-19-project. Enkele weken later, dat aantal was gegroeid tot meer dan 700, 000. Per 1 april er deden meer dan 1 miljoen mensen mee. "Gecombineerd, we zijn nu de grootste supercomputer ter wereld, " zegt Voelz, die opmerkt dat de online gaming-gemeenschap een grote bijdrage levert. "We hebben de exaFLOP-barrière doorbroken, een meting van bewerkingen per seconde die het equivalent is van tien keer de rekenkracht van 's werelds snelste supercomputer."

Volgens Voelz, de snelheid van de verspreiding van het coronavirus over de hele wereld heeft veel onderzoekers geïnspireerd om "knelpunten" in de manier waarop wetenschappelijke kennis wordt ontwikkeld, weg te nemen, geanalyseerd en gedeeld.

"Wetenschappelijke organisaties delen op een ongekende manier informatie, en mensen over de hele wereld werken samen om een ​​zeer moeilijk probleem op te lossen, ", zegt Voelz. "Folding@home's soort burgerwetenschap of crowdsourced-wetenschap kan heel krachtig zijn. Hoe meer mensen dit idee aanhangen, de meer vitale fundamentele wetenschap die we kunnen doen."

Wil je helpen bij het vinden van nieuwe medicamenteuze therapieën om COVID-19 te bestrijden? Ga naar foldathome.org om de software te downloaden.