La simulazione biomolecolare è un misto di biologia e informatica. Un gruppo di scienziati europei sta cercando di capire come sfruttarla per combattere malattie come il Covid-19.
Che cos'è la simulazione biomolecolare? Come può questa disciplina, un misto di biologia e informatica, aiutare a conoscere meglio malattie come il Covid-19 ed eventualmente aiutare anche a sviluppare nuovi farmaci per curarle? È la domanda cui alcuni scientifici europei stanno cercando di rispondere con l'aiuto di laboratori dotati di supercomputer dall'enorme potenza di calcolo.
MareNostrum: un aiuto per rispondere alle domande più complesse sul coronavirus
Anche l'Istituto di ricerca biomedica di Barcellona, come altri in Europa, è impegnato a cercare i punti deboli del virus Sars-Cov-2 per poter sviluppare terapie o vaccini efficaci. Qui i biologi molecolari hanno a che fare con una vasta gamma di complicate incognite, come quelle che elenca il biologo molecolare Modesto Orozco: "Come pensiamo che il virus possa continuare a evolversi? Quanto sarà importante la sua contagiosità nelle specie vicine a noi? Fino a che punto una di queste specie può trasformarsi in un serbatoio del virus a lungo termine? Come possiamo trovare, o aiutare a trovare, nuovi farmaci che attacchino il Covid? Come possiamo contribuire a sviluppare vaccini più efficaci?"
Viste la quantità e la complessità delle domande, i ricercatori hanno fatto ricorso a un supercomputer chiamato MareNostrum, la cui quarta versione può eseguire 11 mila trilioni di operazioni al secondo.
Il computer ad alte prestazioni ha già aiutato centinaia di scienziati in campi come il cambiamento climatico o le onde gravitazionali, e sta ora dando un prezioso contributo alla ricerca sul Sars-Cov-2. In che modo? Risponde l'informatica Rosa M. Badía: "Possiamo aiutare gli scienziati a descrivere il loro problema in modo facile, con un flusso sequenziale. Possono usare tutte le risorse del supercalcolo a loro disposizione, lavorando in parallelo per ottenere risposte rapide".
Una marcia in più rispetto agli esperimenti in laboratorio
Questa collaborazione scientifica è resa possibile dal Centro europeo d'eccellenza di ricerca biomolecolare computazionale (Bioexcel), in cui informatica, biologia e biofisica si uniscono per fornire all'università e all'industria novità in campo medico come cure o vaccini.
La modellistica integrata e le simulazioni molecolari sono già in uso, ad esempio, per studiare qui a Stoccolma il ruolo svolto dalle proteine di diversi virus nelle malattie infettive. Secondo Erik Lindahl, professore di Biofisica presso l'università della capitale svedese, "Non potremmo farlo senza computer. I computer ci consentono di vedere cose che non potremmo vedere negli esperimenti, come piccoli lipidi intorno a una proteina. Non è una struttura, si muovono in continuazione. E nessun altro metodo sperimentale sarà in grado di vederlo".
La sfida: un supercomputer user-friendly per elaborare le cure e i vaccini del futuro
Un aspetto chiave è l'accessibilità, lo sviluppo di strumenti software ampiamente utilizzati e scalabili in grado di fornire risposte precise ai ricercatori nel modo più rapido. Perché, spiega il coordinatore del progetto Bioexcel, Rossen Apostolov, "Il calcolo scientifico è un'area molto difficile. Gli scienziati devono progettare algoritmi complessi per esprimere la scienza in termini che i computer possono effettivamente elaborare per dare risposte. Quindi è necessario progettare complessi algoritmi, che rendono le applicazioni software potenti ma molto complesse. Quindi, una delle sfide è rendere queste potenti applicazioni molto user-friendly".
Allora, i supercomputer potranno aiutare a sviluppare le cure o i vaccini di domani? Secondo il professor Lindahl è solo questione di tempo: "Lasciategli cinque o dieci anni. Penso che in futuro i computer saranno il motore principale nell'identificare nuovi farmaci nel giro di settimane o mesi. Non ci siamo ancora, ma il lavoro che si sta svolgendo in tutta Europa sta contribuendo ad arrivarci".