Science Molecule DNA Model Structure, business teamwork concept

Una sfida sanitaria per la modellistica molecolare

L'interazione dell'uomo con la tecnologia è da sempre un binomio inscindibile per comprendere la natura circostante. Il progetto Exscalate4CoV supportato dall'HPC5 di Eni ne è un recente esempio.

di Chris Dalby
15 settembre 2020
7 min di lettura
diChris Dalby
15 settembre 2020
7 min di lettura

Da sempre, nell'uomo arde l’innato desiderio di comprendere il mondo che lo circonda e, ove possibile, di adattare la natura alle esigenze dell'umanità. Quando, negli anni ‘40, gli antropologi penetrarono per la prima volta all’interno delle Grotte di Lascaux, in Francia, compresero immediatamente il significato delle antiche pitture parietali che si trovarono dinnanzi: migliaia di anni prima, i loro antenati avevano modellato i movimenti degli animali necessari al proprio sostentamento.

Quel bisogno umano ancestrale di capire, plasmare ed emulare la natura è da sempre uno dei motori fondamentali che guidano la scoperta scientifica. Quando, nel XV secolo, Leonardo da Vinci disegnò l’Uomo Vitruviano, allo scopo di rappresentare accuratamente le proporzioni del corpo umano, lo fece in primis per cercare di comprendere la natura stessa del suo funzionamento fisico.

Alla base della modellistica molecolare si cela la medesima intenzione: comprendere il funzionamento della natura. Con la scoperta della struttura chimica, gli scienziati ebbero modo di fornire i modelli delle prime molecole. Nel 1865, presso la Royal Institution di Londra, il chimico organico tedesco August Wilhelm von Hofmann espose i primi modelli molecolari di metano, etano e cloruro di metile, assegnando a specifici elementi un sistema di colori ancora oggi in uso.

L’esempio probabilmente più celebre di tale modellistica risale al 1953, anno in cui Francis Crick e James Watson presentarono il primo modello tridimensionale del DNA. La loro elaborazione non fu frutto di uno studio isolato in quanto si erano ricollegati al lavoro già svolto da scienziati quali Rosalind Franklin e Maurice Wilkins.

Ed è proprio questo spirito di collaborazione, alimentato dalle scoperte e dai tentativi di comprendere la natura compiuti nel corso del tempo, che ha portato la modellistica molecolare fin nell'era moderna. L’ultima frontiera di questo particolare insieme di metodologie è ora la lotta contro il COVID-19.

Eni e Exscalate4CoV

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.

Exscalate4CoV è 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”.

Al centro di questa iniziativa c'è il più potente computer industriale ad alte prestazioni (HPC - High Performance Computing) esistente al mondo: HPC5 di Eni, che vanta una potenza di calcolo pari a oltre 50 PetaFlop. HPC5 sta effettuando una simulazione avanzata sulla base di risultati di dinamica molecolare derivanti dallo studio delle proteine del Coronavirus e di un database di circa 70.000 farmaci conosciuti, per individuare quali tra questi siano potenzialmente in grado di bloccare l'attività del virus.


Il supercomputer HPC5 di Eni

Che una compagnia energetica globale come Eni presti una tale potenza di calcolo a beneficio di un'impresa così ambiziosa nel settore sanitario potrebbe apparire alquanto insolito. Quando HPC5 è stato presentato al mondo per la prima volta, nel febbraio 2020, Eni ha ricevuto numerose proposte circa i possibili impieghi della sua prodigiosa potenza di calcolo.

Ad Alberto Delbianco, Senior Vice President Eni per la ricerca e lo sviluppo Downstream e responsabile del Green Data Center che ospita HPC5, il progetto è apparso sin da subito un passo significativo e assolutamente sensato.

"Il progetto Exscalate4CoV è stata la prima proposta pervenuta a Eni, nonché quella più chiaramente delineata", afferma Delbianco. “Contribuiamo al progetto nell’ambito di una partnership con Cineca, un consorzio di ricerca non profit nel contesto del quale collaborano università, centri di ricerca nazionali e il Ministero italiano dell’Università e della Ricerca”.

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 Delbianco.

Un primo raggio di speranza

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”.
Dall’inizio del progetto a giugno 2020, HPC5 e altri tre supercomputer impegnati nella ricerca avevano condotto test di modellistica molecolare su oltre 400.000 molecole, prendendo in esame sia farmaci artificiali che prodotti naturali. Nella fase successiva, HPC5 continuerà a testare le molecole esistenti, ma cercherà inoltre di trovare nuove molecole specifiche che potrebbero fornire ulteriori opzioni per combattere il COVID-19.


La molecola di Raloxifene

È nell’interesse di Eni che i risultati della ricerca godano della più ampia diffusione possibile, e la natura del progetto offre questa possibilità.

di Alberto Delbianco

Una irresistibile sfida

Francesco Figerio, Project Manager Eni per il progetto Exscalate4CoV nonché esperto di modellistica molecolare, all’interno del suo team è stato in grado di mediare rapidamente la comprensione di questa sfida sanitaria. “Nei miei oltre trent’anni di esperienza presso Eni, ho trattato svariati argomenti nell’ambito della modellistica dei materiali: dall’ingegneria proteica alla tecnologia fotovoltaica, dall'attività dei detergenti e dei lubrificanti al recupero migliorato del petrolio per mezzo di polimeri organici e formulazioni intelligenti dell'acqua. Tale esperienza ha trovato applicazione anche nello schema di simulazione Exscalate delle proteine virali”, afferma.  

Il primo screening di un database di farmaci noti ha prodotto una vasta gamma di potenziali bersagli molecolari che bloccano l'attività virale nell’ambito della simulazione. Tutte le suddette molecole sono state e sono tutt’ora oggetto di analisi per testarne l’attività e la tollerabilità.

“Tra queste, il Raloxifene è il primo miglior risultato messo in evidenza dal processo di test multistadio attualmente in corso", afferma Figerio. L'Agenzia europea per i medicinali ha adesso il compito di studiare i risultati prodotti dal progetto Exscalate4CoV, e di dare quindi inizio alle valutazioni cliniche per il Raloxifene relativamente a un suo potenziale impiego contro il COVID-19. Eni e il consorzio Exscalate4CoV sostengono che questa sarà solo la prima di una serie di soluzioni terapeutiche identificate con l’ausilio della modellistica molecolare.