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GPUGrid : publication août 2011

gpugridLe 6ème bulletin publique du Virtual Physiological Human Network of Excellence comprend un article sur les récents résultats scientifiques obtenus grâce aux bénévoles de GPUGRID.
L'article est à la page 12 ; Il présente un couple de chiffres, qui sont des visualisations scientifiques des récentes expériences « TRYP ».

Des chercheurs de l'Hôpital "del Mar Reserach Institut (IMIm)" Espagne et Pompeu Fabra University (UPF) ont reproduit avec succès et reconstruit la liaison de petites molécules avec une protéine cible, dans son processus intégral.

Les résultats de cette recherche sont développés dans un document intitulé " la reconstruction complète d'un processus de liaison-inhibiteur de l'enzyme par simulations de dynamique moléculaire ", lequel est dès maintenant mise en ligne à partir du site Proceeding of the National Academy of Sciences of the USA (PNAS). Le processus de liaison d'un médicament, généralement une petite molécule, à sa protéine cible est très dynamique et dépend des interactions à l'échelle nanométrique (milliards de fois plus petits qu'un mètre). Il se produit à des échelles de temps, les nano/microsecondes (milliards de fois plus rapides qu'une seconde).

 


La capture des mouvements de ces petites molécules avec une résolution jusqu'à la taille d'un atome est au-delà des capacités techniques actuelles. Cependant, en utilisant des techniques informatiques, il est possible de représenter les molécules à l'échelle atomique et de reproduire leurs mouvements avec une haute précision mathématique. Mais surtout, l'analyse produit des informations détaillées sur les échelles de temps du processus impliqué, c'est-à-dire les contraintes du médicament et son taux d'efficacité, également connu sous le nom de cinétique du médicament ( résorption, distribution, métabolisme, élimination).


De tels renseignements temporels, ont récemment démontrés leur corrélation avec l'efficacité d'un médicament, leur spécificité et leur propension à produire des effets secondaires. En particulier, l'équipe a utilisé une infrastructure informatique distribuée, GPUGRID.net et la contribution de milliers de bénévoles répartis dans le monde entier, qui a fait don d'une partie de la puissance de calcul « inactive » de leurs machines afin de calculer les interactions entre la trypsine (une sérine protéase) et un inhibiteur correspondant (la petite molécule benzamidine).


Le processus complet de liaison du médicament avec la protéine a été simulé, à la résolution atomique, près de cinq cent fois, permettant aux chercheurs de décrire en détail toutes les étapes impliquées dans la reconnaissance entre les deux molécules. La méthodologie développée permet le calcul de l'affinité et son lien avec les échelles de temps, ainsi que de comprendre les interactions établies par le médicament afin d'agir. Donc celle-ci permettra de définir une conception plus sécuritaire et efficace des nouveaux médicaments. Techniquement, la racine de la technique est d'utiliser un logiciel de simulation accélérée (DGBAGE) pour générer les trajectoires moléculaires qui sont ensuite utilisées comme entrées pour construire un modèle de Markov ; le modèle formé, lui permet de déduire les observables requis et les échelles de temps.

Le nombre astronomique de calcul concerné par l'étude des événements a été collecté sur des unités de traitement graphique (GPU), un matériel qui est normalement utilisé dans les ordinateurs de bureau pour générer des effets graphiques sophistiqués dans les jeux-vidéo.
Le travail fourni aux milliers d'ordinateurs, dispersés dans le monde entier, a été possible grâce aux technologies développées et distribuées par le réseau physiologique virtuel du ToolKit Excelence. Et grâce surtout à l'excellente plateforme Boinc qui rend la grille de calcul distribuée disponible comme un superordinateur virtuel.

IMIM et UPF font partie du réseau NoE VPH. L'idée, de caractériser la cinétique des médicaments sur des objectifs réalistes par des simulations moléculaires d'atome grâce au calcul bénévole à grande échelle, a évolué à partir du VPH NoE semences Exemplar projet 4, dont le but était de prédire les effets cardiaques dues à l'obstruction médicamenteuse du canal hERG. Comprendre comment les protéines et les molécules interagissaient, puis provoquaient une réponse biologique néfaste, était d'une importance vitale pour la conception de nouveaux médicaments. Malgré les progrès réalisés jusqu'à présent avec la technique, aucune étude n'avait fourni une reconstruction complète du processus de liaison entre la protéine et les molécules.

« La méthode, que nous utilisons, fournit non seulement l'affinité et la cinétique de la réaction, mais aussi des informations sur la résolution atomique au cours du processus : les sites de liaison, les États de transition et les États métastables qui sont potentiellement utiles pour accroître la probabilité de succès lors de la conception des médicaments.


La méthodologie peut être directement appliquée à d'autres systèmes moléculaires et est donc d'intérêt général dans la recherche biomédicale et pharmaceutique, "explique Gianni de Fabritiis, coordonnateur du laboratoire de biophysique algorithmique du (GRIB) géré par l'hôpital del Mar Research Institute (IMIM) et Pompeu Fabra University (UPF) de Barcelone. Ce projet révolutionnaire permet de démontrer un processus qui était jusqu'alors invisible et donc inconnu. Il ouvre une nouvelle voie dans la conception de futurs médicaments. Les chercheurs travaillent aujourd'hui à étendre l'applicabilité de cette méthodologie et de mieux utiliser les capacités de calculs, par exemple dans les cas où les molécules sont plus grosses, plus souples ; et; lorsque les protéines impliquent des processus de liaison plus complexes, ce qui aura pour effet de demander un plus grand effort de calcul.