Skupnostna znanost in boj proti koronavirusu
STRAN VZDRŽUJE CENTRALNA TEHNIŠKA KNJIŽNICA UNIVERZE V LJUBLJANI
Informacije na tej strani so odprto dostopne.
Sodeluje lahko vsak!
To je skupni projekt odprte znanosti pri katerem sodelujejo raziskovalci iz več univerz, zasebna sfera (IntelliMol) ter Centralna tehniška knjižnica Univerze v Ljubljani. Skupina znanstvenikov je pripravila projekt, v katerem lahko v boju proti koronavirusu sodeluje širša javnost. Namen projekta je analizirati molekulske spojine in pomagati pri iskanju zdravila proti koronavirusu.
Nova stran projekta:
22. 5. 2020 smo vse preselili na novi namenski strežnik. Zaradi optimizacije prenosov in nove obdelave podatkov pa istočasno prosimo, da si posodobite kliente za sidranje. Hvala!
Zgodba
Pri našem projektu iščemo ligande - majhne molekule, ki se uspešno sidrajo v proteinske receptorje in zavrejo določen proces, ki je ključnega pomena za delovanje virusa.
S skupnimi močmi smo razvili programsko opremo, ki jo lahko enostavno namestite na svoj računalnik in tako pomagate pri iskanju nujno potrebnega zdravila s katerim se bomo lažje borili proti nevidnemu sovražniku današnjega časa.
Problem
Molekulsko sidranje temelji na konceptu ključ-ključavnica, ki ga je že leta 1894 utemeljil nemški kemik Emil Fisher. Idealni ligand naj bi bil po obliki in lastnostih komplementaren vezavnemu mestu tarčne biomolekule – običajno proteina.
Komplementarnost majhnih molekul je le prvi predpogoj, da lahko molekulo uporabimo kot zdravilo, preveriti je namreč potrebno tudi, kako se molekula metabolizira, kakšna je njena biološka dostopnost in kakšna je njena toksičnost. Iskanje ustrezne molekule najlažje ponazorimo z iskanjem majhne igle v ogromni kopici sena. Pravzaprav gre še za veliko težji problem, saj je število možnih molekulskih struktur zelo veliko. Nabor vseh možnih molekulskih struktur imenujemo tudi kemijsko vesolje – velikost tega abstraktnega prostora lahko ocenimo na 1080. V tem kemijskem vesolju je ogromno galaksij in ena izmed galaksij je galaksija potencialnih farmakoloških molekul, le teh je po oceni 1060. Pri iskanju ustrezne spojine želimo čim bolj enakomerno preiskati kemijsko vesolje. Postopek, ki ga za ta namen uporabljamo, imenujemo virtualno rešetanje. Načeloma velja, da večji kot bo del kemijskega vesolja, ki ga bomo preiskali, večja bo verjetnost, da najdemo zdravilo proti koronavirusu.
Rešitev
Poznavanje interakcij med ligandom in receptorjem je ključno za razumevanje biološkega odziva, do katerega pride pri vezavi liganda. Pri načrtovanju zdravil s pomočjo strukturnih informacij običajno načrtujemo ligande, ki so po obliki in lastnostih komplementarni biomolekuli.
Porazdeljeno računalništvo
Iskanje ustrezne spojine lahko poteka tudi na vašem računalniku. S pomočjo majhnega programa na vaš računalnik naložimo nekaj spojin za testiranje. Program izkorišča moč vašega računalnika le takrat, ko ga vi ne potrebujete. Rezultate nato pošilja na strežnik, kjer se zbirajo za kasnejšo analizo.
Sodelujejo
dr. Črtomir Podlipnik
Usmerjen je v raziskovanje ustreznih biomolekulskih sistemov, s svojim dragocenim celovitim znanjem na tem področju pa aktivno sodeluje pri številnih projektih, vključno z raziskavami ebole.
Sebastian Pleško
ERUDIO
Magistrski študent. Ukvarja se predvsem z bioinformatiko in iskanjem možnih tarč, pri razvoju novih zdravilnih učinkovin. Skupaj z dr. Podlipnikom že sodeloval na raziskavah proti eboli.
Gašper Tomšič
Študent farmacije na Univerzi v Ljubljani, v prostem času programer. Že od nekdaj se zanima za medicino, viruse in organsko kemijo. Želja po izzivih in pomoči ljudem ga je pripeljala do sodelovanja v raziskavah o trenutni epidemiji.
dr. Marko Jukić
IntelliMol
Docent s področja farmacevtske kemije. Ustanovitelj bioinformacijskega podjetja Intellimol. Ukvarja se z načrtovanjem novih zdravilnih učinkovin, bioinformatiko in razvojem računalniških orodij za načrtovanje novih zdravil.
Lorenzo Gilardoni
Magistrski študent Univerze v Milanu. Ukvarja se predvsem z molekulskimi simulacijami biomolekularnih sistemov. Sodeluje pri projektu: Targeting for new therapeutic options for the 2019 novel coronavirus (2019-nCoV)
Žan Pevec
Diplomirani inženir računalništva in informatike, trenutno vodja razvoja v podjetju 1Home, ki se ukvarja s povezovanjem pametnih domov z glasovnimi asistenti. Zanima ga tehnologija in vse kar je z njo povezano, temu primerni pa so tudi njegovi hobiji.
Kako lahko prispevate k projektu ?
Prostovoljci lahko prispevate z deljenjem informacij, ki jih pridobite:
- z branjem člankov, iskanjem informacij na svetovnem spletu,
- pri sodelovanju na forumih, socialnih omrežjih, iz lastnih izkušenj, ...
Izkušeni prostovoljci (raziskovalci in študentje biokemije, kemije, farmacije in podobnih ved) lahko:
- sodelujete pri izdelavi strategije (predlagate tarče, metodologijo),
- pomagate pri sami tehnični izvedbi projekta: pripravite tarče (proteinske strukture) za molekulsko sidranje, predlagate ligande, obdelujete rezultate virtualnega sidranja, ….
Za ostale interesirane prostovoljce, ki bi želeli pomagati z donacijo časa svojega računalnika, smo pripravili paket, kjer dobite eno ali več tarč in set ligandov, ki jih sidrate, in rezultate pošiljate nazaj na strežnik.
Slovarček:
- Ligandi: repozitorij ligandov (zbirka majhnih spojin, ki jih testiramo kot zaviralce virusa).
- Tarče: repozitorij pripravljenih tarč za sidranje.
- Rezultati: Tu se zbirajo rezultati sidranja.
Koronavirusi, naši vsakdanji spremljevalci
Koronavirusi so poimenovani po kronastih bodicah, ki se nahajajo na njihovi površini. Obstajajo štiri glavne podskupine koronavirusov: alfa, beta, gama in delta. Človeški koronavirusi so bili odkriti sredi šestdesetih let.
Koronavirusi spadajo v poddružino ortokoronavirusov družine koronavirusov (Coronaviridae), iz reda nidovirusov (Nidovirales). Gre za viruse z enovijačno ribonukleinsko kislino (RNK) in maščobno ovojnico.
Pogosti človeški koronavirusi, ki pogosto povzročajo prehladna obolenja so: 229E (alfa koronavirus); NL63 (alfa koronavirus); OC43 (beta koronavirus); HKU1 (beta koronavirus)
Drugi človeški koronavirusi:
MERS-CoV (beta koronavirus, ki povzroča dihalni sindrom na Bližnjem vzhodu ali MERS)
SARS-CoV (beta koronavirus, ki povzroča hud akutni respiratorni sindrom ali SARS)
SARS-CoV-2 (nov koronavirus, ki povzroča koronavirusno bolezen 2019 ali COVID-19)
Včasih lahko koronavirusi, ki običajno okužijo živali, preskočijo na ljudi. Takšni virusi so še posebej nevarni saj ljudje še nimamo razvitih mehanizmov, da se okužbe obranimo.
Trije nedavni primeri tega so SARS-CoV-2 (2019-nCoV), SARS-CoV in MERS-CoV.
Nekaj dejstev o virusu SARS-CoV-2
SARS-Cov-2 (od zdaj naprej nCov) je +ss-RNA virus, človeška celica genom virusa direktno prebere, kot da bi bil mRNA, in začne proizvajat virusne proteine.
nCov je sferični delec, ki ga omejuje lipidni dvosloj.
Virus uvrščamo med tako-imenovane betacoronaviruse, ki so zoonoze (netopirji). Delijo se v 4 rodove (lineage):
A: OC43, HKU1
B: SARS, nCov (sarbecovirus)
C: HKU4, HKU5, MERS
D: HKU9
(nekam sta uvrščena še 229E, NL63)
Virusni proteini
Virus naj bi imel naslednje proteine:
ORF1a (4405 aa)
ORF1b (2595 aa),
Tej dva naj bi šla na:
nsp1 (180 aa)
nsp2 (638 aa)
papain-like proteaza (1945 aa)
nsp4 (500 aa)
proteinaza 3cl-pro (306 aa)
nsp6 (290 aa)
nsp7 (83 aa) naredi heksadekamer z nsp8 (vsak 8 podenot)
nsp8 (198 aa)
nsp9 (113 aa)
nsp10 (139 aa)
Tukaj se verjetno konča ORF1a in začne ORF1b (čeprav se ne čisto izide po aa)
RdRp (932 aa)
Hel (601 aa)
ExoN (527 aa)
NendoU (346 aa)
2'-O-MT (298 aa)
S (1282 ali 1273 aa): S1, S2, S2’, vsi so spike surface protein
ORF3a (275 aa)
E (75 aa), tale naj bi bil ključen za sestavljanje virusa, tvori pentamer za transport zadev
M (222 aa)
ORF6 (61 aa), tale naj bi bil razlog za virulenco/smrtnost
ORF7a (121 aa)
ORF8 (121 aa)
N (419 aa)
ORF10 (38 aa), nekateri N pa ORF10 zamenjujejo/združujejo, ORF10 naj bi bil ločen in naj se nebi prevedel v protein.
2020, Centralna tehniška knjižnica