گفتوگوی اختصاصی جامجم با سیلوانو كلِتی، مدیر نوآوری پروژه كنسرسیوم خصوصیدولتی «اكسكلیت۴كوو» كمیسیون اروپا برای توسعه واكسن و داروهای موثر در مبارزه با ویروس كرونا
نبرد ابررایانهها با كووید-19
زمانی برای بررسی ساختارهای مولكولی باهدف طراحی واكسن و داروهای جدید به یك دهه و حتی بیشتر زمان نیاز بود. اما امروزه، به لطف ابررایانهها و سامانههای داروپردازی رایانهای و غربالگری مجازی، جمعآوری دادههای مربوط به مولكولها و تولید دارو در مدت كوتاهی انجام و داروهای جدید برای آزمایشهای پیشبالینی و بالینی آماده میشود. شیوع بیماری كووید- 19 بیشاز هر زمان دیگری، نیاز به توسعه هرچه سریعتر واكسن و داروهای موثر را یادآور شد. از اینرو، شركت زیستداروسازی ایتالیایی دُمپه (Dompe) از روزهای نخست اعلام وضعیت عالمگیری، با همكاری اتحادیه اروپا و اختصاص بودجه سه میلیون یورویی كمیسیون اروپا در بخش نوآوری، تحقیقات، فرهنگ، آموزش و جوانان در قالب برنامه «افق 2020» (Horizon 2020) كنسرسیومی خصوصیدولتی را با مشاركت 18 مركز پژوهشی در كشورهای ایتالیا، بلژیك، سوییس، آلمان، لهستان، اسپانیا و سوئد راهاندازی كرد. هدف از این پروژه در مرحله نخست، پژوهش روی مولكولهای سازنده داروهای موجود در بازارهای جهانی با هدف بررسی میزان سازگاری آنها در مبارزه با كووید-19 در سریعترین زمان ممكن و در مرحله بعد، ارزیابی این مولكولها برای توسعه واكسن و داروهای جدید برای ارائه راهحلهای مناسب برای درمان قطعی ویروس كرونا است. این كنسرسیوم اروپایی كه اكسكلیت۴كوو (Exscalate4CoV) نام دارد با استفاده از ابررایانههای مراكز پژوهشی اروپا، تحلیل مولكولها و غربالگری مجازی داروها را انجام میدهد و تاكنون به نتایج مهمی بهویژه درباره تاثیرگذاری داروی رالوكسیفن (Raloxifene) در مقابله با كووید-19 دست یافته است. از اینرو، با سیلوانو كلِتی (Silvano Coletti) مدیر اجرایی شركت دانشبنیان شلونیا اس.اِی (Chelonia S.A) در سوئیس و مدیر نوآوری پروژه در اكسكلیت۴كوو گفتوگو میكنیم و از او درباره اهداف این كنسرسیوم خصوصیدولتی زیر نظر كمیسیون اروپا برای مقابله با كووید-19 میپرسیم.
كنسرسیوم اكسكلیت۴كوو از هسته اولیهای باعنوان اكسكلیت (Exscalate) شكل گرفت كه درواقع سكوی فوقاجرایی غربالگری مجازی برای داروهاست. سال 1398/2019 شركت زیستداروسازی ایتالیایی دُمپه با همكاری چینهكا (CINECA، كنسرسیوم غیرانتفاعی بیندانشگاهی متشكل از 70دانشگاه ایتالیایی و وزارت آموزش ایتالیا) و پلیتكنیك میلان، این سكو را با نام اصلی EXaSCale smArt pLatform Against paThogEns (سكوی هوشمند اگزامقیاس برای مقابله با عوامل بیماریزا) و باهدف پاسخگویی به عالمگیری بیماریها راهاندازی كرد و توسعه داد. اولین پروژه اجرایی این سكو روی راههای مقابله با ویروس زیكا متمركز شد كه نتایج آن بهزودی منتشر خواهد شد. بهمحض شروع عالمگیری كووید-19، برای اینكه بتوانیم به زنجیره كاملی از ابررایانهها، توان محاسباتی بالا و آزمایشهای پیشبالینی و بالینی بیماران دست یابیم، تلاش كردیم كنسرسیوم را وسعت ببخشیم و از اینرو رابطه محكمی با مقامات ذیصلاح در سراسر اتحادیه اروپا آغاز كردیم كه نتیجه این همكاری جاهطلبانه به تشكیل پروژه اكسكلیت۴كوو منجر شد.
چه ابررایانههایی در این پروژه مشاركت دارند؟ و توان محاسباتی كل این زنجیره چهمیزان است؟
اكسكلیت از كتابخانهای شیمیایی حاوی دادههای 500 میلیارد مولكول بهره میگیرد و فعالیتش را بهلطف توان پردازشی به میزان بیشاز سه میلیون مولكول در ثانیه انجام میدهد. اكسكلیت۴كوو در فرآیند غربالگری داروها بیشاز 127 پتافلاپس از منابع عظیم ابررایانهها را تركیب میكند (فلاپس یا عملیات ممیز شناور در ثانیه، واحد اندازهگیری سرعت پردازش دادهها در رایانه بوده و هر پتافلاپس معادل 1015 عملیات ممیز شناور بر واحد ثانیه است). این منابع درمجموع از ماشینهای محاسباتی اروپا دریافت میشود كه شامل 50 پتافلاپس از ابررایانه ماركونی در چینهكا، 7/51 پتافلاپس از ابررایانه اچپیسی5 (HPC5) در ایانآی (ENI، شركت چندملیتی نفتوگاز ایتالیا)، 7/13 پتافلاپس از ابررایانه مارهنوستروم۴ (MareNostrum4) در مركز اَبَرمحاسباتی بارسلونا در اسپانیا و 12 پتافلاپس از ابررایانه جاویلز (JUWELS) در موسسه پژوهشی یولیش (Forschungszentrum Julich) در آلمان است. تمام این مراكز از بهترین آزمایشگاههای پژوهشهای رایانهای علوم حیات در قاره اروپا هستند كه برای مقابله با عالمگیریهای بینالمللی بهسرعت و با شیوهای بسیار موثر وارد عمل شدهاند.
در خبرهای مربوط به پژوهشهای اكسكلیت۴كوو نتایج خوبی از داروی رالوكسیفن برای مقابله با كووید-19 به چشم میخورد. میدانیم كه این دارو از تعدیلكنندههای انتخابی گیرنده استروژن (هورمون زنانه) است و در پیشگیری از پوكی استخوان و همچنین در درمان برای پیشگیری از سرطان پستان كاربرد دارد. اما رالوكسیفن چه ویژگیهای دیگری دارد كه میتوان آنها را برای درمانهای مقابله با ویروس كرونا مدنظر قرار داد؟
همانطوركه گفتید رالوكسیفن در درمان پوكی استخوان در زنان كاربرد دارد. اما بهعلاوه نتایج تحقیقات نشان داده است از منظر ویژگیهای ایمنی و تحملپذیری و هم از منظر عملكرد ضدویروسی درمقابل طیف وسیعی از ویروسهای كرونا میتواند چشماندازهای درمانی خوبی برای كووید-19 هم داشته باشد.
همچنین ازآنجاكه رالوكسیفن بهعنوان دارویی عمومی شناخته میشود كه پیش از این برای درمان پوكی استخوان تصویب شده و در حال حاضر در مقادیر بالا در سطح جهانی تولید و توزیع میشود در این مرحله از عالمگیری میتواند نسبت به داروهایی كه هنوز در مرحله آزمایش هستند مزیت داشته باشد. زیرا میتوان در زمان کوتاه و با هزینه مناسب آن را برای درمان كووید-19 متناسب كرد.
ابررایانههای شما برپایه چه الگوهایی مولكولهای خاصی را بهعنوان گزینههای احتمالی برای تولید داروهای موثر در برابر این بیماری انتخاب میكنند؟ برپایه ساختار ویروس یا برپایه نوع بیان خود مولكول؟
شیوه داروپردازی رایانهای پیشرفته (CADD) در تركیب با غربالگری زیستشیمیایی و فِنوتیپی به ارزیابی سریع نتایج شبیهسازیها و كاهش زمان برای كشف داروهای جدید منجر میشود (به خصوصیات و صفات زیستشیمیایی یا فیزیولوژیكی قابل مشاهده جانداران فنوتیپ گفته میشود).
این شیوه بهخصوص برای مقابله با ویروسهای عالمگیر و سایر عوامل بیماریزا كه برای آنها به شناسایی فوری درمانهای موثر نیاز است بسیار رضایتبخش و راهبردی است. در اینشیوه، ما در اكسكلیت۴كوو پیشاز هرچیز ازطریق سكوی اكسكلیت و پروتكلهای غربالگری مجازی، نویدبخشترین داروها را درمقابل ویروس كرونا از بین داروهای تجاریشده موجود در بازارهای جهانی و همچنین از بین داروهای در حال توسعهای كه برای انسان ایمن هستند انتخاب میكنیم. همزمان، بانك اطلاعاتی شیمیایی ملموس (TCDb) كه حاوی دادههای مربوط به بیشاز 500 میلیارد مولكول است برای شناسایی داروهای بالقوه جدید و قابل آزمایش برای مقابله با ویروس كرونا در معرض غربالگری قرار میگیرد و اینگونه، نرخ موفقیت مرحله غربالگری مجازی داروها بهبود مییابد.
از ویروس كرونا بهسبب انواع زیاد جهشها و علائم مختلف، دستكم در ایران با عنوان «ویروس هزارچهره» یاد میكنند. این تنوع علائم و جهشها به آن معنی است كه یافتن درمانی موثر برای مقابله با كووید-19 و ساختن واكسن بسیار دشوار است. پروژه شما چگونه میخواهد به راهحل واحدی برسد كه نسبت به تمام انواع جهشهای این ویروس كارآمد باشد؟
هدف این پروژه پاسخ به وضعیت بحرانی و فوقالعاده كنونی در زمانی سریع است. غربالگری و آزمایشها، اثربخشی داروهای موجودی كه درحالحاضر در سایر محیطهای درمانی استفاده میشوند را تایید كردهاند. این شیوه برای دستیابی به راهحل مناسب برای كنترل بحران در سریعترین زمان ممكن بسیار كاربردی است. همزمان و در كنار این راهكار، بهلطف شناخت دقیقتر از ویروس و ویژگیهای رفتاریاش با ابررایانه اكسكلیت در حال پردازش مولكول خاصی ویژه كووید هستیم كه قادر باشد هم روی سازوكار تكثیر ویروس و هم روی سازوكار ورود آن به سلول انسان موثر عمل كند. برای رسیدن به این هدف، قطعا به زمان طولانیتر نیاز است.
در دو دهه اخیر دستكم چهار همهگیری ناشی از شیوع ویروس داشتهایم؛ یعنی بیماریهای سارس، ابولا، مرس و آنفلوآنزای اچ1ان1. اما هرگز از این حوادث درس نگرفتهایم و برای مقابله با یك ویروس احتمالی آماده نبودهایم. باتوجه بهاینكه گفتید كه این برنامه در ابتدا برای پژوهش روی ویروس زیكا طراحی شده بود، آیا بعد از كشف واكسن ضدویروس كرونای جدید، این كنسرسیوم برای همهگیریها و عالمگیریهای آینده، آماده باقی خواهد ماند؟
پروژه اكسكلیت۴كوو قصد دارد به الگویی برای مبارزه با عالمگیریهای غیرمنتظره تبدیل شود. معتقدم نتایجی كه به آنها رسیدهایم و پیشرفتهایی كه همواره به دست خواهیم آورد به ما اجازه میدهد بگوییم این كنسرسیوم میتواند خودش را برای عالمگیریهای بعدی هم سازماندهی كند و برای بهبود هرچه بیشتر فعالیتها و تبادل اطلاعات و همچنین مدلهای شفاف و عملیاتی دست از كار و تلاش بر ندارد.
اكنون پژوهشهای شما در چه مرحلهای است؟ مردم جهان چشمانتظار ارائه واكسن یا درمانی قطعی برای كووید-19 هستند. فكر میكنید چه زمانی به این هدف خواهیم رسید؟
برای دستیابی به واكسن و درمان موقت باید تا بهار 1400/2021 منتظر بمانیم. از آنجا كه این مسأله میتواند به كل جمعیت جهان مربوط باشد، برای درمانهای موثرتر لازم است دستكم تا سال 1401/2022 منتظر باشیم. البته هنوز نمیتوان با قطعیت از این موضوع سخن گفت.
