Le nouveau coronavirus peut faire étudier à la maison des élèves de la maternelle à la 12e année dans les districts scolaires du Kentucky, mais des chercheurs de l'Université de Louisville utilisent la puissance de calcul de milliers d'ordinateurs dans les salles de classe de l'État pour identifier des médicaments pour traiter COVID-19. Les ordinateurs de bureau font partie de DataseamGrid, un réseau d'ordinateurs hébergé dans les salles de classe de 48 districts scolaires du Kentucky dans le cadre d'un partenariat conçu pour soutenir la recherche, l'éducation et le développement de la main-d'œuvre.
John Trent, Ph.D., directeur adjoint de la recherche fondamentale et translationnelle à l'UofL Health – James Graham Brown Cancer Center, effectue un dépistage virtuel pour découvrir de nouveaux médicaments contre le cancer en utilisant le DataseamGrid pour les calculs à haut volume. Aujourd'hui, il a les ordinateurs au travail 24/7 pour identifier les médicaments et composés les plus prometteurs pour lutter contre le SRAS-CoV-2 et sa maladie, COVID-19.
« En ces temps sans précédent, nous avions une ressource où nous pourrions potentiellement avoir un impact rapidement et passer de certaines de nos cibles de cancer aux cibles du SRAS-CoV-2 », a déclaré Trent. « Nous réussissons très bien à faire cela dans le cancer depuis 15 ans. Nous utilisons la même approche pour cibler le coronavirus, en ciblant simplement une protéine différente. »
Créée en 2003, Dataseam est financée par l'Assemblée générale du Kentucky pour fournir une infrastructure informatique, le développement de la main-d'œuvre et des opportunités éducatives aux étudiants et au personnel des districts scolaires du Kentucky. La puissance de calcul disponible dans ces unités est mise à contribution pour effectuer des calculs de modélisation informatique afin de dépister les médicaments anti-cancéreux pour l'équipe et les collaborateurs de Trent à UofL.
Comme beaucoup d'industries, nous avons déplacé nos compétences et nos infrastructures pour résoudre ce problème. Nous allons toujours avoir un cancer, mais au moins pour le moment, nous sommes heureux que le DataseamGrid soit là pour que le Dr Trent dépiste ces médicaments. «
Brian Gupton, PDG de Dataseam
À la mi-mars, Trent et son équipe ont entré de nouvelles données sur le DataseamGrid, avec les ordinateurs de recherche dédiés d'UofL, dans une approche à deux volets pour faire correspondre les modèles tridimensionnels des protéines du SRAS-CoV-2 aux médicaments et aux composés qui pourraient aider dans le traitement ou la prévention de COVID-19. Le DataseamGrid fournit jusqu'à 80% de la puissance de calcul de ces projets.
La première approche consiste à tester environ 2 000 médicaments déjà sur le marché et 9 000 autres médicaments expérimentaux et nutraceutiques dont la toxicité a été testée pour isoler ceux qui sont les plus susceptibles d'être efficaces contre le virus.
« Pour l'approche immédiate, nous testons des médicaments qui sont déjà approuvés par la FDA ou qui ont été testés chez l'homme. Si nous constatons une activité avec ces médicaments, nous pourrions les faire participer à des essais avec des patients beaucoup plus rapidement », a déclaré Trent. « Cependant, ces médicaments ont évidemment été conçus pour autre chose et ils peuvent ne pas avoir la même efficacité qu'un médicament très sélectif. »
Pour trouver ce médicament sélectif, le deuxième volet de recherche de Trent comprend des modèles informatiques pour cribler 37 millions de petites molécules et composés contre les protéines cibles dans le SRAS-CoV-2. Ces molécules pourraient être utilisées pour développer un nouveau médicament spécifiquement pour traiter le virus. Ce processus prendrait cependant plus de temps pour obtenir l'approbation de la FDA.
« Cette découverte initiale d'un nouvel agent plus sélectif est à plus long terme. Vous envisagez de 12 à 18 mois avant de penser à tester ceux-ci chez un patient », a déclaré Trent. « Mais le temps est essentiel pour le moment, donc nous faisons les deux choses en même temps. »
À l'aide des ordinateurs de recherche DataseamGrid et UofL, Trent et son équipe criblent les médicaments et les petites molécules contre les structures 3D de quatre protéines du virus pour voir quels composés pourraient se lier aux protéines. Un médicament qui interfère avec l'activité de l'une de ces protéines réduirait la capacité du virus à se propager.
Trent a commencé la recherche avec les deux premières protéines décrites pour le SRAS-CoV-2: la principale protéase, une enzyme essentielle utilisée par le virus pour décomposer les protéines virales et fabriquer de nouvelles particules virales, et les protéines de pointe, les « boutons » triangulaires du virus utilise pour se fixer aux cellules hôtes. Ces pointes sont les boutons couramment vus dans les images graphiques à la surface du virus. Trent teste maintenant également des médicaments contre deux protéines cibles supplémentaires qui ont été décrites très récemment.
Jusqu'à présent, le processus a identifié environ 30 médicaments potentiellement efficaces contre le SRAS-CoV-2. Trent a recommandé ces tests biologiques par d'autres chercheurs de l'UofL au Centre UofL de médecine prédictive pour la biodéfense et les maladies infectieuses émergentes (CPM). Dirigé par Kenneth Palmer, Ph.D., le CPM est l'un des rares laboratoires aux États-Unis capables de tester les médicaments contre le virus. Ces tests devraient commencer à la mi-avril.
Si les chercheurs du CPM trouvent que les médicaments sont efficaces contre le SRAS-CoV-2 en laboratoire, ils pourraient passer à la prochaine phase de tests sur des modèles animaux, tests qui pourraient également être effectués au CPM.
« Cette modélisation informatique est un excellent moyen d'identifier rapidement les meilleurs candidats potentiels pour les tests de laboratoire, et cette stratégie pourrait conduire à un soulagement plus tôt que tard pour les patients souffrant de COVID-19 », a déclaré Palmer.
Gupton dit qu'il est bon de savoir que DataseamGrid continue de soutenir la recherche médicale urgente même si les étudiants travaillent à domicile.
« Ironiquement, nous espérons revenir à la recherche sur le cancer dès que possible », a déclaré Gupton. «Même si les élèves ne sont pas dans les salles de classe, les districts scolaires du Kentucky leur fournissent l'enseignement, la technologie, l'accès à Internet et même des repas. Les ingénieurs des systèmes Dataseam des districts soutiennent à la fois le travail de l'université et les efforts de la maternelle à la 12e année. être des «premiers intervenants numériques» dans le cadre de la lutte mondiale du Kentucky. »
Dans le cadre du partenariat Dataseam, UofL offre chaque année des bourses universitaires aux étudiants des districts scolaires participants qui viennent à l'université pour obtenir un diplôme en sciences, technologie, ingénierie ou mathématiques.
