Laboratorio encuentra 125 compuestos naturales con potencial contra el COVID-19
El Baudry Lab está utilizando supercomputadoras para encontrar compuestos naturales que se unan químicamente a las proteínas del virus COVID-19, evitando que funcionen. Crédito: The Baudry Lab UAH
El Baudry Lab de la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH) identificó 125 compuestos naturales que tienen un potencial computacional de eficacia contra el virus COVID-19 del primer lote de 50,000 evaluados rápidamente por una supercomputadora
Es la primera vez que se usa una supercomputadora para evaluar la eficacia del tratamiento de compuestos naturales contra las proteínas producidas por COVID-19. Ubicado en el Centro Shelby de Ciencia y Tecnología de la UAH, el laboratorio está buscando posibles precursores de fármacos que ayuden a combatir la pandemia mundial utilizando la supercomputadora Cray Sentinel de Hewlett Packard Enterprise (HPE).
El equipo de la UAH está dirigido por el biofísico molecular Dr. Jerome Baudry (pronunciado B-dre), presidente de la Sra. Pei-Ling Chan en el Departamento de Ciencias Biológicas. El Dr. Baudry está blogueando en video sobre su viaje de investigación de COVID-19 utilizando el sistema Cray Sentinel de HPE. Su investigación se realiza en colaboración con el Centro Nacional de Investigación de Productos Naturales de la Facultad de Farmacia de la Universidad de Mississippi y HPE.
«Hemos utilizado supercomputadoras para predecir productos naturales con mayor probabilidad de unirse a tres proteínas del SARS -Virus CoV-2», dice el Dr. Baudry. El SARS-CoV-2 es un virus que causa el COVID-19.
«De los 50 000 productos naturales que hemos analizado usando supercomputadoras, encontramos que se prevé que varios cientos se unan potencialmente a las proteínas de interés», dice.
«También encontramos 125 pero puede haber más que son particularmente interesantes porque se unen justo donde queremos, no son demasiado grandes, ni demasiado pequeños y tienen los perfiles químicos de productos farmacéuticos».
Hay muchas fuentes naturales diversas para los productos químicos de interés, dice el Dr. Baudry.
«Muchos provienen de plantas medicinales relativamente comunes que se pueden encontrar en los EE. UU. , y muchos provienen de plantas más distantes del sudeste de Asia y América del Sur, así como de algunas cepas de bacterias terrestres y oceánicas y hongos».
Los compuestos prometedores se someterán a una técnica computacional llamada análisis de farmacóforos para encontrar cuál es químicos tienen en común y señalan características químicas importantes para futuras investigaciones.
La próxima fase f o los compuestos están siendo probados in vitro por un laboratorio asociado que utilizará virus vivos y células vivas. Aquellas moléculas químicas que se encuentren más eficaces formarán la base para futuros procesos de investigación y desarrollo de fármacos que incluyen pruebas de eficacia, tolerancia y efectos adversos en ensayos con humanos. Ese proceso también podría incluir modificaciones químicas para hacer que el fármaco sea más eficaz, mejor tolerado o ambas cosas.
«Tal vez necesitemos un cóctel de fármacos, como es el caso en muchos tratamientos contra el sida. Pero cada fármaco que termina sobreviviendo a este largo y sinuoso camino de desarrollo y las pruebas comienzan como un golpe que se une a una proteína. Es este evento inicial el que estamos modelando aquí usando supercomputadoras», dice el Dr. Baudry.
» Normalmente, llevaría mucho tiempo y mucho dinero lograrlo, pero con las supercomputadoras podemos realizar este paso inicial de descubrimiento de éxitos mucho más rápido y más barato», dice. «Todo se está acelerando por el COVID-19, por lo que todo el proceso que puede llevar hasta una década puede terminar siendo más corto aquí».
Se están preparando más lotes para las pruebas de supercomputadoras, según el investigador de Baudry Lab. Dr. Kendall Byler, quien está ejecutando los cálculos en Sentinel. El Dr. Byler tiene mucha experiencia en el uso de enfoques computacionales para la investigación de productos naturales.
«En realidad, hay más de 400 000 compuestos que nos gustaría probar», dice el Dr. Byler.
El laboratorio de la UAH encabezado por el Dr. Jerome Baudry ha anunciado los resultados de sus pruebas del primer grupo de 50 000 compuestos naturales de más de 400 000 que pueden ser prometedores como tratamientos para el virus COVID-19. Crédito: Michael Mercier UAH
Proteínas bloqueadoras
En el lote inicial, se encontraron compuestos naturales que parecen unirse a dos proteínas importantes, la proteasa similar a la papaína de COVID-19, o PLpro, y la proteasa principal, o Mpro. Las proteínas son enzimas del genoma del virus que se encargan de procesar todas las proteínas del virus en las células infectadas. Las células infectadas se ven obligadas a fabricarlas para que el virus pueda replicarse.
«Si podemos impedir que estas proteínas virales se autoensamblen y realicen sus funciones dentro de la célula, es posible que no hayamos podido salvar esa una célula infectada, pero evitaremos que el virus se replique y morirá con esa célula», dice el Dr. Baudry. «Si encontramos una sustancia química que se ‘pega’ en estas regiones reactivas de las proteínas, las reacciones de procesamiento ya no serán posibles y evitaremos que las células infectadas produzcan y liberen más virus».
La tercera La proteína de interés es la proteína espiga de COVID-19, que es la forma en que el virus se adhiere a una célula para iniciar el proceso de infección. Esta proteína espiga está presente en la superficie del virus y le da al virus su característica apariencia de corona (corona en latín). Se une a una proteína llamada ACE2 en la superficie celular para comenzar el proceso de infección.
«Estamos tratando de encontrar sustancias químicas que se unan a la superficie de la proteína de pico del virus y eviten que se bloquee con el ACE2 de la célula», dice el Dr. Baudry.
En el lote inicial modelado, los científicos encontraron interacciones de 24 compuestos interesantes en la proteína espiga, 41 moléculas interesantes en la proteína principal y 60 compuestos interesantes en el PL -pro proteína.
«Entonces podemos tener una buena idea de lo que exhiben los productos naturales que los hace exitosos en estas diferentes proteínas, y ese es el punto de partida para examinar bases de datos más grandes de millones de productos químicos mucho más rápido , ayudando a los químicos a sintetizar nuevas moléculas en el futuro, quizás más potentes y más selectivas que los productos naturales originales contra estas proteínas», dice el Dr. Baudry.
IA y conocimiento antiguo
Ubicada en un centro de datos de Microsoft Azure en Texas, la supercomputadora Sentinel hace que el trabajo sea más rápido que nunca y un equipo de HPE ayuda a facilitarlo. El equipo de UAH del Dr. Baudry tiene acceso a las potentes capacidades de Sentinel a través de la nube con Microsoft Azure.
Sentinel, que cuenta con el sistema de computación de alto rendimiento (HPC) de extremo a extremo Cray XC50 de HPE, es capaz de computar 147 billones de operaciones de punto flotante por segundo y puede almacenar 830 000 gigabytes de datos.
Sentinel ayuda a reducir el tiempo de prueba de compuestos de meses o incluso años a semanas, dice el Dr. Baudry. La supercomputadora es tan rápida como toda la población de la Tierra, realiza 20 000 cálculos por segundo y tiene capacidad de almacenamiento para más de 45 años de video de alta definición.
La lucha para prevenir las consecuencias a veces devastadoras para la salud del COVID-19 ha creado un nueva reunión de la inteligencia artificial moderna de alta capacidad con el conocimiento curativo más antiguo de la humanidad, dice el Dr. Baudry.
«Incluso hace cinco años, esto no habría sido posible», dice. «Es una suerte para nosotros que este tipo de poder computacional muy avanzado y muy rápido esté disponible en este momento en que lo necesitamos tanto».
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