Il supercalcolatore di Eni per trovare nuove soluzioni all’emergenza Covid - QdS

Il supercalcolatore di Eni per trovare nuove soluzioni all’emergenza Covid

redazione

Il supercalcolatore di Eni per trovare nuove soluzioni all’emergenza Covid

sabato 19 Dicembre 2020 - 00:00
Il supercalcolatore di Eni per trovare nuove soluzioni all’emergenza Covid

Obiettivo identificare nuove terapie, i risultati saranno messi a disposizione della collettività

La diffusione del virus SARS-CoV-2, responsabile dell’infezione Covid-19, sta mettendo a dura prova l’intero pianeta. “In un momento di emergenza globale come l’attuale, dobbiamo mobilitare tutte le risorse disponibili con l’obiettivo di vincere la sfida che abbiamo davanti, e siamo onorati come Eni di poter dare il nostro contributo per provare a trovare delle soluzioni a questa sfida per l’umanità” ha dichiarato Claudio Descalzi, AD Eni. Un contributo importante che l’infrastruttura HPC5 di Eni ha avviato nella notte di venerdì 20 novembre attraverso l’esperimento di supercalcolo molecolare più complesso mai realizzato al mondo al fine di identificare nuove terapie contro il Covid-19.

L’esperimento, che ha avuto luogo nel Green Data Center Eni in Ferrera Erbognone, è una simulazione che ha permesso di testare 70 miliardi di molecole su 15 “siti attivi” del virus attraverso l’elaborazione di mille miliardi di interazioni in sole 60 ore, ovvero 5 milioni di simulazioni al secondo. HPC5, il supercalcolatore più potente al mondo per usi industriali, è una delle risorse spontaneamente messe in campo da Eni nell’ambito di un ampio piano d’azione elaborato dalla società per contrastare la pandemia. L’elevatissima potenza di calcolo, associata alle competenze interne in ambito di modellazione molecolare, è stata messa a disposizione nella seconda fase del progetto europeo Exscalate4CoV, un Consorzio impegnato nell’individuare i nuovi farmaci più sicuri e promettenti nella lotta al Coronavirus. È prevista una fase successiva di sperimentazione durante la quale verrà approfondito lo studio sull’efficacia delle molecole in caso di mutazione del virus.

Il risultato principale della prima fase in cui HPC5 è stato coinvolto è stato l’identificazione del Raloxifene, una molecola nota che si è dimostrata efficace in vitro contro il virus SARS-CoV-2 nel contrastarne la replicazione nelle cellule. Il 27 ottobre 2020 AIFA ha autorizzato lo studio clinico presso l’ospedale Spallanzani di Roma e l’Humanitas di Milano per valutare il Raloxifene come potenziale trattamento per pazienti Covid. Il progetto è guidato dall’azienda biofarmaceutica italiana Dompé che, per questo scopo, aggrega diciotto partner tra istituzioni e centri di ricerca d’eccellenza di sette paesi europei, fra i quali il Cineca di Bologna. L’esperimento di supercalcolo condotto da HPC5 è avvenuto anche con la collaborazione della biblioteca molecolare Exscalate4CoV, del supercomputer Marconi100 di Cineca, e del software di screening virtuale accelerato dal Politecnico di Milano, e degli analytics di SAS, e rappresenta la seconda fase del progetto.

Il citato Exscalate4CoV è un nuovo consorzio composto da 18 enti tra università, centri di ricerca e società private in tutta Europa, nato con l’obiettivo di trovare una cura al COVID-19 con l’ausilio della modellistica molecolare. Una realtà creata col supporto del programma dell’Unione Europea per la ricerca e l’innovazione Orizzonte 2020. In occasione del suo lancio, Thierry Breton, Commissario europeo per il mercato interno, ha descritto il progetto come una dimostrazione del “valore della vera cooperazione paneuropea, che riunisce le migliori capacità che l’Europa ha da offrire nel campo della scienza biomedica e delle tecnologie di calcolo ad alte prestazioni nel nome della lotta contro il Coronavirus”.

Benché la partecipazione di Eni sia iscritta nel contesto di una più ampia iniziativa europea mirata all’individuazione di soluzioni terapeutiche contro il Coronavirus, i risultati ottenuti saranno messi a disposizione della collettività.

“È nell’interesse di Eni che i risultati della ricerca godano della più ampia diffusione possibile, e la natura del progetto offre questa possibilità”, spiega Alberto Delbianco, responsabile Downstream R&D di Eni.

Elaborando i risultati dello screening effettuato dal supercomputer si possono individuare molecole candidate, cioè capaci di attaccare il virus

L’attività sperimentale di supercalcolo molecolare per identificare nuove terapie contro il virus, denominata Fast Track phase, è partita la sera di venerdì 19 novembre e si è conclusa nella mattinata di lunedì 21 novembre, grazie al lavoro dell’infrastruttura HPC5. L’obiettivo era testare le interazioni di 71,6 miliardi di molecole su 15 “siti attivi” del virus. L’esperimento ha generato 65 TeraByte di risultati e cioè 4,33 TB per ogni sito di SARS-CoV2 analizzato.

Per fare queste operazioni, hanno lavorato ininterrottamente 1.500 nodi di HPC5. In totale, il supercomputer ha schierato 6.000 schede grafiche GPU ad alte prestazioni, particolarmente idonee per la grande massa di calcoli altamente paralleli necessari per queste simulazioni. Il movimento del virus e le sue interazioni con ciascuna molecola sono state riprodotte al computer per individuare quelle molecole che interagiscono meglio col virus e riescono a legarvisi neutralizzandolo e impedendogli di replicarsi distruggendo le cellule ospiti.

Ciò che è stato simulato nel corso della sperimentazione è il “docking molecolare”, ovvero tutti i possibili legami intermolecolari fra le proteine del virus e altre molecole già conosciute tra i farmaci potenzialmente utilizzabili, prodotti naturali, nutraceutici e altre sostanze in commercio provenienti da database pubblici e resi disponibili da aziende farmaceutiche.

Elaborando i risultati dello screening si possono individuare molecole candidate, ovvero quelle capaci di attaccare il virus e agganciarlo impedendogli di scatenare la propria carica virale. L’obiettivo è avere farmaci più efficaci, già clinicamente testati e quindi immediatamente disponibili.

Insieme ad HPC5 anche il supercomputer Marconi 100, targato Cineca, per una capacità di calcolo complessiva di 81,1 Petaflop/s e cioè 81 milioni di miliardi di operazioni in virgola mobile al secondo considerando entrambi i supercomputer.

Nella prima fase della sperimentazione, dall’inizio del progetto fino a giugno 2020, HPC5 e altri tre supercomputer impegnati nella ricerca hanno condotto test di docking su oltre 400.000 molecole, tra farmaci artificiali e prodotti naturali, resi disponibili da Dompé.

I primi risultati non hanno tardato ad arrivare: poco dopo che il supercomputer HPC5 ha iniziato a simulare il comportamento delle proteine conosciute del COVID-19, è emersa una potenziale cura. Nel giugno 2020, il team di Exscalate4CoV ha annunciato che il Raloxifene, un farmaco generico usato principalmente per il trattamento dell’osteoporosi, potrebbe contribuire a contrastare l’azione del COVID-19 in pazienti con lievi infezioni sintomatiche. Stando a quanto affermato dal team, il farmaco ha dimostrato una potenziale efficacia “nel bloccare la replicazione del virus all’interno delle cellule, ritardando così l’avanzamento della malattia”.

Il contributo di HPC5, capace di raggiungere una potenza di elaborazione di 51,7 Petaflop/s di picco, è stato fondamentale. La macchina è stata pensata e realizzata per l’industria energetica, per accelerare lo sviluppo di idee innovative riducendo enormemente i tempi di calcolo. Uno degli ambiti in cui viene utilizzata è la modellistica molecolare e cioè lo studio delle molecole attraverso l’uso di modelli matematici in grado di simulare le loro caratteristiche.

Scienziati ibridi con competenze in chimica, fisica e matematica, i modellisti molecolari, utilizzano complessi algoritmi sviluppati da appositi programmi per simulare le molecole al computer, senza bisogno di produrle e studiarle fisicamente in laboratorio. In questo modo si possono studiare le caratteristiche e le proprietà di molecole note o persino prevedere come si comporteranno altre ancora sconosciute. Applicati all’energia, supercalcolo e modellistica molecolare possono individuare sostanze foto-attive più efficienti per il Fotovoltaico Organico (OPV) o per i Concentratori Solari Luminescenti (LSC). Applicati alla medicina e alla farmacologia, possono scoprire nuove cure.

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