Współpraca nad poszukiwaniem leku na koronawirusa

Novartis Institutes for BioMedical Research (NIBR) to globalny zespół naukowców, który zajmuje się identyfikacją leków eliminujących i łagodzących choroby. Obecnie zespół pracuje nad rozwiązaniem jednych z największych wyzwań związanych ze zdrowiem publicznym na świecie: znalezieniem leków zwalczających COVID-19, a także przyszłych form koronawirusa, które mogą wywołać kolejną pandemię.

Proces odkrywania leków jest kosztowny i długotrwały – wprowadzenie leku na rynek zajmuje około dziesięciu lat. Wilian Cortopassi, I starszy ekspert ds. Data Science w NIBR w Emeryville, na co dzień używa narzędzi obliczeniowych, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób potencjalne leki mogą wchodzić w interakcje z krytycznymi strukturami białkowymi w ludzkim organizmie.

Aby zwiększyć produktywność i pomóc w znalezieniu skutecznych leków, jego zespół analizuje złożone informacje molekularne 3D i formułuje hipotezy, które można przetestować. „Aby przeanalizować wyniki w terenie, potrzebujemy najnowocześniejszych narzędzi zaprojektowanych do obserwacji i interakcji ze złożonymi trójwymiarowymi obiektami” – mówi.

Aby wykonywać swoją pracę i dzielić się hipotezami ze współpracownikami, początkujący badacze leków musieli korzystać z dwuwymiarowego obrazowania trójwymiarowych molekuł. Wielu z nich, np. chemicy medyczni i biolodzy, nie ma takiego samego doświadczenia w zakresie obrazowania złożonych struktur cząsteczek molekularnych. Badacze tacy jak Cortopassi tworzyli prezentacje w programie PowerPoint, aby zaprezentować struktury molekularne z różnych perspektyw, lub pokazywali białka 3D na monitorach 2D.

Sytuacja zaczęła się zmieniać w 2016 roku, kiedy Glen Spraggon, dyrektor ds. biologii strukturalnej w Instytucie Genomiki Fundacji Badań Naukowych Novartis (GNF) w La Jolla (instytut badawczy NIBR), założył gogle Oculus i wypróbował wersję demonstracyjną oprogramowania VR Nanome. Zależało mu na tym, aby jego zespół lepiej zrozumiał trójwymiarowe struktury białkowe, a także miejsca wiązania leków w celu aktywacji lub dezaktywacji białek w komórkach docelowych modulującej przebieg choroby. Wkrótce potem NIBR i Nanome podjęły współpracę nad rozwijaniem rozwiązania firmy Nanome.

Viktor Hornak, zastępca dyrektora NIBR Cambridge, mówi: „Postępy w biologii strukturalnej pozwalają obrazować większe i bardziej złożone struktury biomolekularne.

Takie struktury 3D trudno analizować na płaskich monitorach 2D. Dzięki rzeczywistości wirtualnej możemy je oglądać jako rzeczywiste obiekty 3D. Oferowana przez technologię immersyjność jest niesamowita – można nawet wejść do wnętrza molekuły i spojrzeć na nią od środka, co było niemożliwe przy użyciu naszych starszych technologii wizualizacji 3D. Ponadto w VR cała otaczająca nas przestrzeń staje się ekranem komputera. Możemy wykorzystać całą tę przestrzeń w naszych badaniach do wizualizacji wielu różnych typów danych, co jest niezwykle przydatne podczas wyszukiwania wzorców i relacji w złożonym i zagęszczonym środowisku informacyjnym, w którym obecnie pracujemy”.

Glen Spraggon dodaje, że dzięki technologi VR NIBR może pozyskiwać więcej pomysłów od naukowców z różnych dziedzin. Opowiada, że gdy po raz pierwszy zaprosił członków zespołu, aby założyli gogle Oculus i wypróbowali dowód słuszności koncepcji Nanome „w pewnym momencie chwycili białko, rozciągnęli je i zajrzeli do środka. I tyle nam wystarczyło. Zdaliśmy sobie sprawę, że VR to świetne rozwiązanie, dzięki któremu możemy zmienić ludzi z pasywnych obserwatorów w uczestników interakcji”.