World Community Grid

Per ulteriori informazioni visitate il thread ufficiale presente nel nostro forum.

Cos'è l'AIDS?

Schema generico della proteina dell'HIV

Importanza

Importanza

Descrizione

Missione

Importanza

Approccio

1. Secondo la Food and Agriculture Organization of the United Nations . (Vedi il PDF .)
2. Secondo il United Nations World Food Programme . (Vedi Horizon of Hope di John M. Powell, Deputy Executive Director of World Food Programme's External Affairs and Resource Development Department.)
3. Secondo la Food and Agriculture Organization of the United Nations . (Vedi "Rice is life": International Rice Commission meets in Peru press release.)

Stato del progetto

Concluso

Importanza

Clean Energy Project (concluso)

Missione

Molecole organometalliche

Clean Energy Project - Phase 2 (Concluso)

Missione

 Discovering Dengue Drug - Together (concluso)

Missione

Importanza

Come avviene l'infezione Dengue

Approccio

Discovering Dengue Drugs - Together - Phase 2 (concluso)

Missione

Missione

Lo scopo del progetto Influenza Antiviral Drug Search project è quello di trovare nuove medicine che possano fermare il diffondersi dell'infezione influenzale nel corpo umano. La ricerca si indirizzerà specificatamente sia verso quelle forme di influenza che sono diventate resistenti ai farmaci, sia verso le nuove forme virali che dovessero comparire.
Identificare i composti chimici che siano dei buoni candidati (per far parte del medicinale) accelererà lo sviluppo di trattamenti utili in caso di insorgenza di influenze stagionali, di future influenze epidemiche e addirittura pandemiche.

Importanza
Centinaia di migliaia di persone nel mondo muoiono ogni anno come conseguenza di una infezione influenzale. Se comparisse una forma particolarmente virulenta che fosse anche facilmente trasmissibile tra gli umani, allora potenzialmente ne potrebbe scaturire una pandemia e potrebbero morire milioni di persone.
Il virus dell'influenza muta rapidamente e quindi ogni anno ne appaiono nuove forme. I vaccini sono pensati per anticipare le forme che verosimilmente saranno prevalenti durante la stagione influenzale, ma spesso capita che nulla possano fare contro le varietà che si sono evolute da poco.
Farmaci quali l'oseltamivir (commercialmente conosciuto come Tamiflu) e il zanamivir (Relenza) aiutano ad impedire che l'influenza si propaghi nel corpo umano, ma non funzionano per tutti i tipi di influenza; inoltre vi sono nuove forme di virus più resistenti che non possono essere trattate con questi farmaci. Quando fanno la loro comparsa queste forme di virus resistenti, i produttori di vaccini potrebbero non essere in grado di rispondere abbastanza rapidamente da prevenire l'insorgenza della malattia su larga scala.
Questo progetto cercherà nuovi promettenti farmaci che possano impedire la replicazione dei virus influenzali all'interno del corpo umano, aiutando quindi potenzialmente quei pazienti che non sono immuni a delle particolari forme di influenza.
La scoperta di farmaci, sia ad ampio spettro sia specifici per il virus, dovrebbe portare a un significativo miglioramento della salute globale.

Approccio
Un promettente approccio è sicuramente quello di sviluppare nuovi farmaci che inibiscano la neuraminidasi (N1, N2, etc), la proteina NS1, l'emagglutinina, e possibilmente altri bersagli (target) che sono necessari all’influenza per diffondersi nel corpo.
Utilizzando la struttura chimica nota delle molecole target, il progetto effettuerà esperimenti chimici virtuali e determinerà quali dei milioni di composti noti si possono legare alle molecole target in modo da inibirle. Questo potenzialmente dovrebbe fermare la diffusione dell'influenza nel corpo.
Questi esperimenti saranno simulati utilizzando un software chiamato AutoDock, sviluppato dall'Istituto di Ricerca SCRIPPS. Il software in questione è già utilizzato da molti altri progetti su WCG (la lista include FightAIDS@Home, Discovering Dengue Drugs - Together, e Help Fight Childhood Cancer).
Una volta che saranno identificati dei medicinali candidati allora sarà necessario dell'ulteriore lavoro di laboratorio, test ed infine trial clinici. Verosimilmente questo non porterà ad un immediato trattamento farmaceutico dell'influenza di tipo H1N1 (quella dei maiali per intenderci).

Computing for Clean Water (Concluso)

Missione

Drug Search for Leishmaniasis (Concluso)

Missione
La missione di ricerca farmacologica per la Leishmaniosi è quello di identificare le potenziali molecole candidate che potrebbero sviluppare dei trattamenti per la Leishmaniosi. La potenza di calcolo distribuita del World Community Grid sarà utilizzata per eseguire simulazioni al computer delle interazioni tra milioni di composti chimici e alune proteine prefissate. Questo aiuterà a trovare i composti più promettenti che potrebbero portare a trattamenti efficaci contro la malattia.

Importanza
La Leishmaniosi è una delle malattie tropicali più trascurate nel mondo. Ogni anno questa malattia colpisce oltre due milioni di persone in 97 paesi. Ad oggi, non ci sono vaccini disponibili per prevenire la malattia, nonostante i molteplici sforzi della ricerca. La Leishmaniosi è causata da un protozoo parassita (genere Leishmania) trasmessi tra ospiti umani e animali dalle femmine delle mosche della sabbia. Una forma di questa malattia, la forma "viscerale", causata dalla Leishmania infantum in America, colpisce soprattutto i bambini, che possono morire se non sottoposti rapidamente a un trattamento adeguato. Le misure di controllo esistenti consistono in una terapia farmacologica, controllo degli insetti e la educazione nelle comunità colpite. Tuttavia, il numero di persone colpite dalla malattia continua ad aumentare nei paesi tropicali come il Bangladesh, India, Sudan, Etiopia, Brasile, Colombia, Perù e molti altri.

Il ciclo della Leishmaniosi

I trattamenti classici per tutte le forme di Leishmaniosi possono causare effetti collaterali gravi, compresa la morte. Inoltre, i parassiti resistenti ai farmaci stanno causando grossi problemi in molti paesi endemici. Per queste ragioni, vi è un urgente bisogno di nuovi, sicuri e poco costosi composti farmacologici anti-Leishmania.

Requisiti minimi:

* Almeno 250 MB RAM (con memoria virtuale abilitata)
* Hard Disk con almeno 50 MB disponibili
* Peso WU: 0.2Mb DN / 0.1Mb UP (2Mb Client)
* Sistema operativo: Windows XP, Vista, 7, 2003, 2008, Mac (only intel CPU), Linux x86 and x86-64

(client disponibile solo 32 bit)

GO Fight Against Malaria (concluso)

Stato del progetto e risultati:
Informazioni su questo progetto sono fornite sulle pagine web segueni. Per commenti o domande su questo progetto, si prega di inviare un post sul forum di GO Fight Against Malaria.

Missione
La missione del progetto GO Fight Against Malaria è quello di scoprire promettenti candidati farmaci che potrebbero svilupparne di nuovi per curare le forme di malaria resistenti ai farmaci attuali. La potenza di calcolo del World Community Grid sarà utilizzata per eseguire simulazioni al computer delle interazioni tra milioni di composti chimici e di certe proteine obiettivo, e di prevedere la loro capacità di sconfiggere la malaria. I migliori composti saranno testati e ulteriormente sviluppati in possibili trattamenti per la malattia.

Significato
La malaria è una delle tre malattie infettive mortali sulla terra ed è causata da parassiti che infettano gli esseri umani e gli animali. Il morso delle Zanzare femmine diffonde la malattia ai portatori e tramite i parassiti ne infettano altri a loro volta. Quando questi parassiti si riproducono nei globuli rossi (che utilizzono come cibo), i sintomi della malaria appaiono. La malaria provoca inizialmente febbre e mal di testa, e nei casi più gravi porta al coma e alla morte. Il Plasmodium falciparum, il parassita che provoca la forma mortale della malattia, uccide più persone di qualsiasi altro parassita del pianeta. Oltre 3 miliardi di persone sono a rischio di infezione da malaria.

Anche se ci sono molti farmaci approvati che sono in grado di curare infezioni malariche, esistono dei  "superbatteri" mutanti multi-resistenti ai farmaci che non sono eliminati dai farmaci attuali. Perché i nuovi superbatteri mutanti sono in continua evoluzione e in diffusione in tutto il mondo, scoprire e sviluppare nuovi tipi di farmaci che possono curare le infezioni da questi ceppi mutanti della malaria è una priorità significativa per la salute globale.

ll ciclo della Malaria

Approccio
Gli scienziati dello Scripps Research Institute di La Jolla, California, Stati Uniti, useranno il World Computing Grid per valutare computazionalmente milioni di composti candidati contro diversi bersagli farmacologici molecolari del parassita della malaria. Se queste molecole obiettivo possono essere disattivate, poi i pazienti infettati con la malaria potrebbero essere curati. I calcoli stimerano la capacità dei composti candidati per disabilitare particolari molecole obiettivo necessarie al parassita della malaria per sopravvivere e moltiplicarsi. Particolare priorità verrà data agli obiettivi e composti candidati che potrebbero attaccare i ceppi multi-resistenti ai farmaci del parassita mutante "superbatteri" della malaria. La potenza del World Community Grid può ridurre a un anno il tempo necessario, il che vorrebbe dire almeno 100 anni per completare la medesima ricerca utilizzando le risorse normalmente a disposizione dei ricercatori dello Scripps Research Institute. I risultati elaborati sul World Community Grid saranno disponibili in pubblico dominio per tutti gli scienziati per l'utilizzo e sviluppo nelle loro ricerche e per sviluppare farmaci per combattere la malaria.

Requisiti minimi:

* Almeno 250 MB RAM (con memoria virtuale abilitata)
* Hard Disk con almeno 50 MB disponibili
* Peso WU: 0.2Mb DN / 0.1Mb UP (2Mb Client)
* Sistema operativo: Windows XP, Vista, 7, 2003, 2008, Mac (only intel CPU), Linux x86 and x86-64

(client disponibile solo 32 bit)

Say no to Schistosoma (Concluso)

Stato del Progetto e risultati:

Informazioni su questo progetto sono disponibili sulle pagine web sottostanti e dagli scienziati sul sito del progetto Say No To Schistosoma. Se avete commenti o domande su questo progetto, si prega di visitare il forum di Say No to Schistosoma.

Missione:

La missione del progetto Say No to Schistosoma è quella di identificare potenziali farmaci candidati che potrebbero eventualmente essere sviluppati in trattamenti per la schistosomiasi. L'ampia potenza di calcolo del World Community Grid sarà utilizzata per eseguire simulazioni al computer delle interazioni tra milioni di composti chimici e specifiche proteine target. Questo aiuterà a trovare i composti più promettenti che possono portare a trattamenti efficaci per la malattia.

Significato:

La schistosomiasi è una malattia tropicale causata da vermi parassiti che vengono trasmessi dalle lumache d'acqua dolce. La malattia uccide 200.000 persone ogni anno e colpisce oltre 207 milioni di persone. La schistosomiasi è seconda solo alla malaria nella sua devastazione socio-economica. I ricercatori della Infórium University di Belo Horizonte e Fiocruz-Minas, Brasile, stanno utilizzando il World Community Grid per la ricerca di composti chimici che possono portare a nuovi farmaci per il trattamento della malattia.

Il parassita del Schistosoma

Approccio:

Un programma software chiamato VINA del The Scripps Research Institute di La Jolla, California, sarà utilizzato per eseguire gli esperimenti di chimica virtuali. Questi esperimenti virtuali cercheranno di trovare quale di milioni di composti farmacologici potrebbe essere in grado di disattivare particolari proteine essenziali per la sopravvivenza del parassita. Lo screening per i migliori composti farmacologici potenziali è un primo passo nel processo di sviluppo di trattamenti efficaci per la malattia. Con sufficiente potenza di calcolo, questo screening può essere fatto molto più rapidamente che usando esperimenti di laboratorio convenzionali. Utilizzando i computer esistenti a disposizione dei ricercatori richiederebbe circa 30 anni per eseguire lo screening. Tuttavia, si stima che la potenza del World Community Grid può ridurre il tempo richiesto ad un anno o meno. Informazioni sui migliori composti candidati saranno pubblicati dagli scienziati, e queste informazioni saranno di pubblico dominio per altri scienziati per proseguire con la loro ricerca. Ulteriori attività di laboratorio con i migliori candidati individuati da questo progetto potrebbero portare allo sviluppo di migliori farmaci per combattere la schistosomiasi.

Requisiti Minimi:

* Almeno 100MB RAM (con memoria virtuale abilitata)
* Hard Disk con almeno 50MB disponibili
* Peso WU: 0.2Mb DN / 0.1Mb UP (2Mb Client)
* Sistema operativo:Windows XP, Vista, 7, Server 2003, Server 2008, Mac (only intel CPU), Linux x86 and x86-64

(client disponibile solo 32 bit)

Computing for Sustainable Water (concluso)

Stato del Progetto e risultati:
Informazioni su questo progetto sono fornite sulle pagine web sottostanti e dagli scienziati del progetto sul sito web del Computing for Sustainable Water. Se avete commenti o domande su questo progetto, si prega di visitare il forum del Computing for Sustainable Water.

Missione
La missione del progetto Computing for Sustainable Water è quello di studiare gli effetti delle attività umane su un bacino ampio e raggiungere una maggiore comprensione in azioni che possono portare al restauro, la salute e la sostenibilità di questa importante risorsa idrica. L'ampia potenza di calcolo del World Community Grid sarà utilizzata per eseguire milioni di simulazioni al computer per capire meglio gli effetti che derivano da una varietà di schemi di attività umane nella zona di Chesapeake Bay. I ricercatori sperano di poter applicare quanto appreso da questo progetto tutto il mondo per altre regioni che affrontano sfide sostenibile delle acque.

Significato
L'acqua è la risorsa più abbondante sulla Terra, ma il mondo deve affrontare molte sfide legate all'acqua problemi. Tra queste, la gestione delle sue risorse di acqua dolce. Più di 1,2 miliardi di persone non hanno accesso ad acqua pulita e sicura. Questo problema sta diventando sempre più critica in tutto il mondo come la proporzione di persone che vivono in ambienti urbani densi aumenta. Le richieste che ne derivano per l'acqua i conti con l'incremento delle attività umane che degradano la qualità delle acque disponibili. Un insieme complesso di forze correlati rende il problema difficile da affrontare, tanto meno di risolvere efficacemente via politica coordinata.3

Approccio
L'Università della Virginia ha sviluppato un modello partecipativo di simulazione della Baia di Chesapeake, il UVa Bay Game ® (www.virginia.edu / baygame), incorporando elementi naturali e attività umane con i giocatori che rappresentano gli agricoltori delle colture, gli sviluppatori terra, battellieri e regolatori assortiti . Il Gioco UVa Bay è riuscito a fornire una piattaforma di apprendimento per il trasporto dei problemi di comportamento spartiacque complesso e di gestione. Ma per comprendere meglio le complesse dinamiche naturali e umane al lavoro in questo complesso sistema, un modello di simulazione molto più dettagliata è stato sviluppato per funzionare su World Community Grid. Ognuno di molti milioni di simulazioni al computer, utilizzando combinazioni uniche di una vasta gamma di ipotesi sulle azioni naturali e umane in gioco, calcola gli effetti derivanti sullo spartiacque. Esplorando questi molti risultati, i ricercatori si aspettano di sviluppare la comprensione in come queste ipotesi incide sulla salute generale della Baia di Chesapeake. Con queste intuizioni, i ricercatori saranno in grado di informare meglio i responsabili politici e suggeriscono come prudente azioni possono consentire il ripristino di acqua e la sostenibilità. L'obiettivo finale è quello di applicare poi questa conoscenza e le tecniche apprese con il Computing per il progetto sostenibile delle acque di bacini idrografici di tutto il mondo.

Requisiti Minimi:

* Almeno 300MB RAM
* Hard Disk con almeno 50MB disponibili
* Peso WU: 0.2Mb DN / 0.2Mb UP (20Mb Client)
* Sistema operativo:Windows XP, Vista, 7, Server 2003, Server 2008, Mac (only intel CPU), Linux x86 and x86-64

(client disponibile solo 32 bit)

Mapping Cancer Markers (Attivo)

Panoramica
Il cancro, una delle principali cause di morte in tutto il mondo, si manifesta in molti differenti tipi e forme, in cui la crescita incontrollata delle cellule può diffondersi ad altre parti del corpo. Non diagnosticato e non trattato, il cancro può diffondersi da un sito inziale ad altre parti del corpo, e infine condurre alla morte. Questa patologia è causata da questioni genetiche o da cambiamenti ambientali che interferiscono con il meccanismo biologico che regola la crescita cellulare. Questi cambiamenti, così come la normale attività delle cellule, possono essere rilevati in campioni di tessuto controllando la presenza dei loro indicatori chimici univoci, come DNA e proteine, noti come «marcatori». Combinazioni specifiche di questi marcatori possono essere associati con un determinato tipo di cancro. Lo schema dei marcatori può determinare se un individuo è suscettibile allo sviluppo di una particolare forma di cancro, e può anche prevedere la progressione della malattia, aiutando a suggerire il miglior trattamento per ciascun individuo. Ad esempio, due pazienti con la stessa forma di cancro possono avere diversi sviluppi a causa di profili genetici differenti. Così come diversi marcatori sono già noti di essere associati con alcuni tipi di cancro, ve ne sono molti altri da scoprire, dal momento che il cancro è altamente eterogeneo. Mapping Cancer Markers su World Community Grid punta ad indentificare i marcatori associati con i diversi tipi di cancro. Il progetto sta analizzando milioni di dati derivati da migliaia di campioni di tessuto di pazienti malati e sani. Tra questi campioni vi sono tessuti con cancro ai polmoni, alle ovaie, alla prostata, al pancreas e al seno. Comparando questi diversi dati, i ricercatori puntano ad identificare schemi di marcatori per diversi tipi di cancro, e correlare questi con diversi sviluppi, includendo la risposta a varie opzioni di trattamento. Questa conoscenza può aiutare ricercatori e medici a: - Migliorare e personalizzare il trattamento del cancro: rendendo possibile diagnosticare prima il cancro, identificare pazienti ad altro rischio, e personalizzando il trattamento basandosi sul profilo genetico personale del paziente, - Accelerare la ricerca sul cancro e migliorare il processo complessivo di identificazione dei marcatori: rifinendo il processo di identificazione dei marcatori, i ricercatori possono determinare un marcatore di un paziente più facilmente, e future grandi quantità di dati potranno essere analizzate più efficentemente.
Dettagli
Cos'è il cancro?
Il cancro si manifesta in diversi tipi e forme in cui la crescita incontrollata delle cellule può diffondersi ad altre parti del corpo. Nonostante gli importanti passi avanti dei decenni passati, il cancro continua ad essere una delle cause principali di morte in tutto il mondo. La malattia è causata da cambiamenti genetici o da fenomeni ambientali che interferiscono con il meccanismo che controlla la crescita delle cellule. Questi cambiamenti, così come la normale attività cellulare, possono essere identificati in tessuti o campione di sangue attraverso la presenza dei loro unici indicatori molecolari, chiamati «macatori» o «biomarcatori». Specifiche combinazioni di questi marcatori possono essere associati con un particolare tipo di cancro, indicando la suscettibilità di una persona a sviluppare una determinata forma di cancro e probabilmente anche la risposta ad uno specifio trattamento.
Ruolo dei geni e delle proteine
Molti geni conservano i progetti su come costruire una proteina. Le proteine sono i principali mattoni e meccanismi della cellula. Nei processi nella vita normale, la funzione dei geni, delle proteine e delle altre molecole sono attivate e disattivate da altri geni, proteine, regolatori di molecole (come gli RNA), o fattori ambientali, come temperatura, radiazioni, cibi o sostanze chimiche. Per ogni funzione assegnata, ci sono spesso molti fattori che possono accelerare o inibire la funzione. Le funzioni possono spaziare dal decidere se una specifica proteina dovrebbe essere costituita o distrutta all'interno della cellula, fino a funzioni complesse, come innescare la divisione di una cellula e la sua crescita in due cellule distinte. Vi sono interazioni davvero complicate tra tutti i componenti di una cellula. I fattori che controllano una funzione possono spaziare dalla presenza o assenza di altre proteine, sostanze o altri segnali cellulari. Nelle cellule normali questi fattori mantengono un bilancio che consente il desiderato funzionamento delle singole cellule e dell'intero organismo. Tuttavia, un difetto o cambiamento in uno dei componenti di una cellula può causare un risultato inaspettato, che nel cancro comporta una crescita incontrollata della cellula. Se un evento casuale cambia un gene, la proteina corrispondente potrebbe essere assemblata incorrettamente, e non essere capace di svolgere la sua funzione necessaria. Ad esempio, se supponiamo tale funzione il controllo della crescita della cellula, questa potrebbe moltiplicarsi senza alcun freno, e formare un tumore. Alcune cellule cancerose possono diffondersi agli organi adiacenti, o viaggiare nel flusso sanguigno e cominciare a crescere in altre parti del corpo, causando ulteriori danni.
Identificare i marcatori del cancro
Ci sono molti diversi approcci per trattare il cancro, ma pochi sono larghamente applicabili. Parte del problema è la diversita dei tipi di cancro. In aggiunta, la risposta individuale di una persona ad un trattamento potrebbe differire da quella di un altro individuo. Come ulteriore complicazione, le cellule cancerose possono sviluppare difese uniche contro specifici trattamenti. Individuare prima il cancro consente generalmente un trattamento decisamente migliore. Sfortunatamente molti tumori sono individuati tardi a causa della mancanza di un'accurata diagnosi dei primi, sottili sintomi, con cattivi esiti nel paziente. Per indirizzare la diagnosi, i ricercatori si focalizzano nell'individuare le differenze nell'attività di geni, proteine e altre molecole tra campioni di tessuto sano e canceroso, e tra forme di cancro più o meno aggressive. Questi cambiamenti possono fornire i segnali che aiutano in una diagnosi più rapida e caratterizante meglio il tipo di tumore. Per esempio, un incremento nell'attività (o nell'espressione) di un particolare gruppo di geni può segnalare uno sviluppo primitivo del cancro, così come la presenza di una specifica proteina nel sangue può indicare la risposta o resistenza del paziente al trattamento. Differenti marcatori possono essere utili in una vasta area di applicazioni cliniche, come diagnosi, prognosi e trattamento di particolari forme di cancro. Lo schema dei marcatori può determinare se un individuo è suscettibile allo sviluppo di una specifica forma di cancro, e può anche prevedere la progressione della malattia, aiutanto a suggerire il miglior trattamento per ogni singolo individuo. Per esempio due pazienti con la stessa forma di cancro possono avere differenti sviluppi e reagire diversamente allo stesso trattamento, a causa di profili genetici differenti. Così come diversi marcatori sono già noti di essere associati con alcuni tipi di cancro, ci sono molti altri che devono essere scoperti, e il cancro è altamente eterogeneo. I ricercatori sanno che esisono centinaia di marcatori clinicamente utili, ma questi devono essere identificati tra l'astronomico numero delle possibili combinazioni dei segnali molecolari.
La soluzione proposta
In questo progetto, i ricercatori del Princess Margaret Cancer Center (Toronto), stanno utilizzando World Community Grid per analizzare un grande quantitativo di dati proveniente da tessuti e campioni di sangue di pazienti sani e malati di cancro, per identificare combinazioni di marcatori che giocano un ruolo nello sviluppo, progresso e trattamento di varie forme di cancro. Inizialmente la ricerca si focalizzerà sul cancro ai polmoni e alle ovaie, seguito dal cancro alla prostata, al pancreas e al seno. Il progetto è preparato a studiare altre forme di cancro in futuro. Identificare tutti i marcatori utili clinicamente richiederebbe centinaia di campioni e il dover testare un numero esageratamente grande di combinazioni di marcatori, rendendo la cosa intrattabile anche su World Community Grid. I ricercatori hanno pertanto sviluppato un applicativo che usa il metodo euristico (procedimenti intelligenti che riducono l'enorme spazio di ricerca focalizzandosi solo sui più rilevanti sottoinsiemi di combinazioni) per ridurre di molto lo sforzo computazionale richiesto per cercare significanti schemi di marcatori. Tuttavia anche questi metodi richiedono un quantitativo enorme di potenza computazionale. Attraverso World Community Grid, i ricercatori useranno il progetto Mapping Cancer Markers per spezzare questo immenso processo in piccoli e maneggevoli lavori che possono essere svolti dai dispositivi informatici dei nostri volontari. World Community Grid in questo modo permette ai ricercatori di completare questa ambiziosa ricerca.
Obiettivi del progetto
Mapping Cancer Markers punta a migliorare e personalizzare il trattamento del cancro. Questo progetto ha tre obiettivi: identificare i marcatori che possono essere utilizzati per diagnosticare prima il cancro, riconoscere i pazienti ad alto rischio di cancro e trovare i marcatori che possono prevedere la risposta al trattamento. Mapping Cancer Markers consentirà anche ai ricercatori di sviluppari metodi compiutazionali sempre più efficenti e funzionali per scoprire rilevanti schemi di marcatori. Questo può aiutare a far uso dei marcatori nella medicina personalizzata più facilmente e più a larga scala sia per altri tumori che per altre complesse patologie.
Domande frequenti
Quali sono i potenziali benefici del progetto Mapping Cancer Markers?
Il progetto ha tre obiettivi:
- Identificare gruppi di marcatori che possono essere utili a predire se una persona ha una alto rischio di sviluppare un particolare tipo di cancro e incrementare le possibilità di una diagnosi precoce.
- Identificare combinazioni di marcatori che possono predirre la risposta del paziente ad uno specifico trattamento. Questo può aiutare a rendere il trattamento più personalizzato e guidare lo sviluppo di trattamenti personalizzati per quel paziente.
- Svilupare metodi computazionali più efficenti per scoprire schemi di marcatori rilevanti.
Il progetto MCM è simile al progetto «Help Conquer Cancer»?
Sebbene entrambi i progetti sono relativi alla ricerca sul cancro, il progetto «Help Conquer Cancer» (attivo su World Community Grid dal 2007 al 2013) è focalizzato sulla scienza di base, ricercando i principi della cristallizazione delle proteine e aiutando a determinara la struttura 3D di oltre 15000 proteine. Conoscere la struttura delle proteine aiuta gli scienziati a capire le loro funzioni, e sviluppare medicine che possono offrire nuovi tipi di trattamento per diverse patologie complesse, come il cancro.
Che tipi di cancro si stanno studiando nel progetto?
Inzialmente ci focalizzeremo sul cancro ai polmoni e alle ovaie, seguito da prostata, pancreas e seno. Comunque il progetto è stato sviluppato per seguire anche altri tipi di cancro meno studiati, se esistono sufficenti dati dei pazienti.
Cosa verrà fatto con i dati generati da tutte queste elaborazioni?
Dopo che i ricercatori avranno ricevuto tutti i risultati elaborati, analizzeranno i dati e pubblicheranno le loro scoperte. I dati grezzi e gli algoritmi saranno a quel punto resi pubblici.
Alcune unità di lavoro impiegano più tempo di altre, perchè?
Ciascuna unità di lavoro compie una ricerca su combinazioni multiple di potenziali biomarcatori per il cancro, rappresentando una piccola parte di una ricerca su larga scala. È difficile dividere questa estensiva ricerca in parti perfettamente uniformi. Inoltre, l'algoritmo in linguaggio macchina utilizzato per controllare ciascuna combinazione di marcatori può richiedere un tempo computazionale variabile prima di arrivare ad una risposta. Questi due fattori rendono i tempi di esecuzione delle unità di lavoro variabili.
Quale sarà il risultato del progetto?
I ricercatori pubblicheranno un database delle comparazioni delle sequenze di proteine elaborati su World Community Grid.
Cos'è un marcatore del cancro e perchè la loro identificazione è una sfida difficile per la scienza?
I marcatori sono specifici geni (segmenti di DNA), RNA o proteine con diverse attività. Queste molecole possono essere trovate nel sangue o in campioni di tessuto, e specifiche combinazioni di questi marcatori possono essere implicati in un dato cancro. Anche durante condizioni di salute questi geni, RNA e proteine sono attivati e disattivati per svolgere specifiche funzioni. Il cancro è causato da alterazioni di queste attività. Il progetto MCM è focalizzato nello scoprire combinazioni anomale di marcatori, che possono essere correlati con un principio o una progressione del cancro. Questo viene fatto comparando e analizzando dati da molti pazienti malati di cancro, e da pazienti in salute. Una raccolta dati estensiva e analisi statistiche sono necessarie per scoprire la sottile combinazioni di attività correlate con un cancro, e differenziare questi segnali da normali variazioni. Questo è fatto testando sistematicamente quando una di queste combinazioni di marcatori è significamente correlata con la presenza del cancro. Dal momento che vi sono centinaia di possibili marcatori, il numero di queste combinazioni è molto grande. Controllare ciascuna delle combinazioni sarebbe impossibile, perfino con tutte le risorse di World Community Grid. Diversi metodi matematici saranno pertanto utilizzati per concentrarsi sulle combinazioni più probabili da esaminare su World Community Grid.
Vi è qualche marcatore attualmente utilizzato?
Ci sono diversi marcatori attualmente utilizzati clinicamente. Due particolari marcatori per il cancro al seno e all'ovaia, BRCA1 e BRCA2 hanno ricevuto recentemente un'attenzione globale dopo che l'attrice Angelina Jolie li ha utilizzati per valutare il suo rischio di sviluppare la patologia. In questo caso particolare, solamente il marcatore BRCA1, in combinazione con la storia famigliare, è stato sufficente per definire la sua situazione e aiutarla nello scegliere il tipo di trattamento.
Qual'è la differenza tra DNA, RNA, un gene e una proteina?
Il DNA (acido deossiribonucleico) e una lunga molecola a forma di elica che forma il cromosoma. Questo funge da principale modello incaricato di codificare le istruzioni genetiche usate per sviluppare tutte le cellule di un determinato organismo. Specifiche sezioni di DNA sono chiamate geni. Un gene contiene generalmente informazioni su come costruire una particolare molecola proteica. Le molecole di RNA (acido ribonucleico) sono simili alle molecole di DNA, ma sono costruite a partire da informazioni contenute nel DNA, e sono usate per regolare e dirigere i meccanismi (altre molecole) che creano proteine. La quantità di funzioni svolte da queste molecole sono davvero molte e complesse, ed è un argomento fondamentale nella biologia molecolare. Generalmente, i geni sul DNA (modello principale) sono «trascritti» sull'RNA, un processo spiegato in questo (URL) video (/URL). Altri meccanismi in seguito leggono le istruzioni contenute nell'RNA e producono proteine come l'emoglobina, utilizzata per trasportare ossigeno e anidride carbonica nel sangue.
Cosa sono gli enzimi?
Gli enzimi sono proteine che convertono sostanze chimiche, o funzionano da catalizzatori. Alcuni enzimi delle piante, per esempio, possono assistere nell'assorbimento delle molecole di anidride carbonica e incorporale in altre molecole cellulari.
Perchè i microorganismi sono importanti?
I microorganismi rappresentano il grande mondo sconosciuto e sottoapprezzato della maggior parte della vita sul nostro pianeta. Essi sono ovunque nell'ambiente, e in organismi più grandi e complessi. I microorganismi sono importanti per una grande varietà di processi naturali, che includono la salute umana, l'agricoltura e la produzione del cibo. Per praticamente ogni specie di molecola organica vi è un microorganismo che ha sviluppato la capacità di decomporla, modificarla o costruirla.
Cosa mostra la grafica del progetto Mapping Cancer Markers?
Mentre il tuo computer porta avanti il lavoro per il progetto, puoi vedere la grafica del progetto sia attraverso lo screensaver di Boinc, sia attraverso il software. La grafica mostra una rappresentazione delle 23 coppie dei cromosomi umani nel pannello di destra. Ogni cromosoma è una molecola di DNA contenente geni e altre informazioni. La 23° coppia di cromosomi determina il sesso, e comprende due cromosomi «X» per le femmine o una «X» e una «Y» per i maschi. I geni sono collocati a specifici punti lungo l'estensione di questi cromosomi. Come il tuo dispositivo analizza una particolare combinazione di geni, la collocazione approssimativa di questo gruppo di geni all'interno di questi cromosomi è evidenziata in rosso.
Cosa rappresenta la barra progressiva in alto?
Questa mostra graficamente la percentuale approssimativa di quanto il tuo dispositivo ha calcolato del lavoro corrente. Quando essa raggiunge il 100%, l'elaborazione è completata, e il risultato sarà poi caricato sui server di World Community Grid dove poi sarà pacchettizato e inviato al gruppo di ricerca.
Dove posso vedere un video ad alta qualità della grafica di MCM?
(URL)video(/URL)
Dove posso scaricare immagini della grafica di MCM?
Delle instantanee della grafica del progetto sono disponibili per lo scaricamento nelle seguenti risoluzioni: (URL)500x300(/URL) (URL)1000x600(/URL) (URL)4000x2400(/URL)

Uncovering Genome Mysteries (Concluso)

Dalla realizzazione che il fungo della Penicillina uccide i germi, alla scoperta del batterio che si nutre dei versamenti di petrolio e all’identificazione dell’aspirina nella corteccia del salice, una conoscenza più approfondita del mondo naturale è risultata in grandi miglioramenti nella salute umana, nel benessere, nell'agricoltura e nell'industria. D'altra parte milioni di microrganismi si sono già adattati in miliardi di anni a vivere in qualsiasi condizione immaginabile, e capendo come riescono a fare ciò, potremmo forse usare la loro forza per aiutare il genere umano. Conosciamo già organismi con proprietà che potrebbero aiutare a risolvere alcuni dei più grandi problemi che la società umana sta fronteggiando, come patogeni resistenti ai farmaci, inquinamento e carenza di energia. Ve ne sono certamente molti altri, se solo potessimo trovarli. Quest’area di studi è ancora nella sua infanzia: la maggior parte degli organismi nella biosfera terrestre devono ancora essere identificati, per non parlare della conoscenza a livello genetico.

Il primo passo nella conoscenza dei potenziali di un organismo sconosciuto è di decodificare la sua sequenza di DNA. Questa sequenza rivela i geni dell’organismo: il comando specifico codificato nel DNA che controlla cosa ciascuna cellula fa e come da vita alla sua sorprendente diversità. Capire i geni e cosa essi fanno è cruciale per comprendere il ruolo dell’organismo nell’ambiente, così come per lo sviluppo di una potenziale applicazione medica o industriale a partire dalle proteine che scopriamo essere enzimi nella cellula. Gli enzimi sono utilizzati per convertire il cibo in componenti utili, e costruire tutte le tipologie di molecole di cui la cellula ha bisogno per sopravvivere.
Grazie ai recenti progressi nella tecnologia di sequenziamento del DNA, è ora possibile decodificare il DNA degli organismi molto rapidamente, ed identificare i loro geni.. Tuttavia il passo successivo, capire la funzione di ciascun gene e la proteina che codifica, è molto più complicato, rendendo molto difficile procedere in larga scala.
Uncovering Genome Mysteries prevede di cambiare questo esaminando quasi 200 milioni di geni da una larga varietà di forme di vita, come microrganismi trovati nelle alghe delle coste australiane e nel fiume amazzonico. Le proteine previste nei geni saranno comparate tra di loro per verificare la loro somiglianza. Quando due proteine sono simili, e la funzione di una proteina è già nota, questa somiglianza permette ai ricercatori di fare previsioni accurate riguardo le funzioni dell’altra.
La quantità di lavoro necessario è imbarazzante. È fattibile esclusivamente grazie alla massiccia potenza computazionale di World Community Grid. Non appena le sequenze di ogni forma di vita saranno processate, i microrganismi riceveranno un’attenzione particolare.

Uncovering Genome Mysteries creerà e pubblicherà un database di informazioni sulla comparazione di sequenze proteiche per la referenza di tutti gli scienziati.
Una volta pubblicato, questi risultati dovrebbero aiutare i ricercatori nei seguenti compiti:
- Scoprire nuove funzioni delle proteine, ed aumentare la conoscenza riguardo i processi biochimici in generale;
- Identificare come gli organismi interagiscono tra di loro e con l’ambiente;
- Documentare l’attuale linea di fondo della diversità microbica, consentendo una miglior conoscenza di come i microrganismi cambiano quando sottoposti a stress ambientali, come il cambiamento climatico;
- Capire e modellare sistemi microbici complessi;

Inoltre, una miglior conoscenza di questi organismi e le loro proteine e enzimi sarà probabilmente utile per lo sviluppo di nuove medicine, accedere a nuove fonti di energia rinnovabili, migliorare la nutrizione, pulire l’ambiente, creare processi industriali verdi e molto altro ancora.

Dettagli
Il Problema
Viene spesso da pensare che il genere umano sia in uno stato conflittuale con il mondo naturale. Gli agenti patogeni stanno sviluppando resistenza a molti importanti antibiotici attuali, stiamo consumano molte risorse terrestri ad un ritmo insostenibile, mentre l’inquinamento dell’aria e dell’acqua minaccia la salute e il sostentamento di molte comunità umane.
Fortunatamente, stiamo iniziando a capire che la natura potrebbe avere già sviluppato soluzioni a molti di questi problemi, e queste sono nascoste al primo sguardo: nelle foreste, negli oceani e nel suolo. Ad esempio, lo studio di campioni esotici di terreno ed estratti di piante hanno rivelato sostanze con l’abilità di uccidere particolari tipi di batteri che causano malattie. Abbiamo trovato piante tropicali esotiche che si mostrano promettenti come efficienti e sostenibili sorgenti di energia. Dei microrganismi sono stati usati per pulire l’acqua in impianti di trattamento di liquame e perfino aiutare a consumare i versamenti di petrolio. Molte di queste scoperte sono state portate a termine attraverso tentativi ed errori dispendiosi di tempo. Se potessimo capire meglio il sorprendente raggio dei poteri della natura, potremmo essere capaci di accelerare lo sviluppo di tecnologie pratiche e soluzioni.
Un approccio di identificare i “superpoteri” nascosti della natura è quello di analizzare il profilo genetico di diversi organismi per aiutarci a capire come funzionano. Tradizionalmente questo è stato un processo estremamente costoso e dispendioso di tempo, ma in tempi recenti gli scienziati hanno sviluppato metodi più economici ed efficienti per decodificare il DNA. Il risultato è quello di un esplosione di dati genetici di animali, piante e particolari microrganismi. Una volta che il DNA è stato decodificato, i ricercatori devono condurre ulteriori studi per scoprire la funzione di ciascun gene e la sua proteina corrispondente. Ciascun gene specifica la sequenza dell’amminoacido da assemblare in una catena molecolare che poi è ripiegata in una molecola di proteina. Questa è anche conosciuta come sequenza proteica.
I geni e le loro proteine corrispondenti giocano ruoli importanti in molti processi vitali e, come risultato, sono spesso validi in medicina e in applicazioni industriali. Alcune proteine sono fabbriche chimiche, chiamate enzimi, che possono ridurre molecole in componenti più semplici o aiutare a costruire molecole più complesse. Altre proteine formano i mattoni da costruzione per tutti i tipi di strutture in piante e animali. Altre proteine ancora contribuiscono a controllare tutti i tipi di attività delle cellule in risposta a vari stimoli.
È chiaro che una grande quantità di conoscenze utili possono essere trovate conoscendo cosa fanno i geni sconosciuti e le loro proteine corrispondenti. Questa conoscenza può anche aiutare gli scienziati a risolvere molti dei problemi più gravi del mondo. Tuttavia, vi sono due importanti sfide per raggiungere questo risultato:
Per prima cosa, stiamo perdendo rapidamente molte sorgenti potenziali di DNA da diverse forme di vita. Questo perché molti acri di foresta vergine inesplorata e habitat acquatici stanno scomparendo a causa dello sviluppo umano, del cambiamento climatico e altri fattori. Stiamo perdendo delle ricche risorse naturali che nascondo una valida, ma ancora nascosta, soluzione ai problemi del mondo. Abbiamo bisogno di modi più rapidi ed efficienti per scoprire cosa la natura ha ancora da darci prima che sia troppo tardi .
In secondo luogo, se vogliamo cercare geni utili in organismi sconosciuti, il lavoro da fare è davvero enorme. Ciascun organismo potrebbe avere migliaia di geni, e potrebbero esserci decine di migliaia di organismi anche in un piccolo campione di acqua o di terreno. Se vogliamo sbloccare i poteri nascosti della natura, abbiamo bisogno di nuovi metodi per trattare con i “big data” dalle centinaia di milioni di geni che sono stati decodificati.

La soluzione proposta e la giustificazione
Uncovering Genome Mysteries si aspetta di esaminare quasi 200 milioni di geni da una larga varietà di forme di vita, come le alghe delle coste australiane e i microbi trovati in campioni dei fiumi amazzonici. Questi geni saranno comparati tra di loro per verificare la loro somiglianza. Quando due geni sono simili, e la funzione dell’altro gene è già nota, gli scienziati sono in grado di fare accurate previsioni riguardo la funzione dell’altro gene. Questo significa circa 20 milioni di miliardi (2x1016) di comparazioni. Il tempo computazionale totale stimato è equivalente a quello di un computer funzionante ininterrottamente per 40000 anni… non una piccola cosa, ma fattibile grazie alla potenza computazionale di World Community Grid. Non appena le sequenze di DNA di tutte le forme di vita saranno analizzate, i microrganismi riceveranno un’attenzione particolare.

Cosa sono i microrganismi, e perché studiarli?
Le moderne tecnologie di sequenziamento del DNA possono ora determinare rapidamente milioni di sequenze di DNA a costi ragionevoli. Le nuove tecnologie hanno fatto importanti passi avanti per aumentare questa capacità di diversi ordini di grandezza. Questo consentirà ai ricercatori di determinare tutte le sequenze di DNA nascoste nel mondo microbico sconosciuto. Essi lo hanno già fatto per diversi organismi unicellulari e pluricellulari, animali, piante e individui umani per molti scopi medici e industriali negli ultimi anni. Fin dagli anni Novanta, l’analisi del genoma si è concentrata nello studio di tre tipologie di organismi: “organismi modello” in biologia, poiché sono stati studiati per decenni nei laboratori (come Escherita Coli, lieviti, elminto e topi); importanti patogeni di uomini, animali e pianti (come il batterio che causa tubercolosi e lebbra, o patogeni delle coltivazioni) e, finalmente, organismi rappresentativi dell’albero della vita. In decenni più recenti, molti scienziati in tutto il mondo hanno cominciato a sequenziare a analizzare dati di metagenoma da molti altri biomi, arricchendo la nostra conoscenza riguardo la biodiversità nell’aria, sulla terra e nel mare, dall’artico alle foreste tropicali. Da questo lavoro, sta emergendo un disegno davvero complesso della diversità degli organismi viventi sul nostro pianeta.
Lo scoraggiante compito di interpretare questo enorme ed esponenzialmente crescente quantitativo di dati di sequenze di DNA (“big data”) non è banale. Le informazioni delle sequenze di DNA hanno solo un utilità e un significato se possono essere decodificate e interpretate comparandole con sequenze di altri geni con funzioni conosciute e non, un processo chiamato “annotazione del genoma”, mappando le variazioni. Questo processo di decodificazione e annotazione richiede un grande quantitativo di potenza computazionale, e al momento è il principale collo di bottiglia nel dare senso al genoma che è già stato sequenziato.
Il progetto mira ad utilizzare la potenza computazionale di World Community Grid per dare significato biologico ai dati disponibili dal sequenziamento dei geni disponibili per microrganismi e altre forme di vita. Questo sarà fatto sia al livello della comparazione tra genomi microbici individuali così come al livello di informazioni genetiche dell’intera comunità microbica dell’ambiente (metagenoma). Decodificare i genomi e i metagenomi fornirà nuove informazioni sulla diversità e sul ruolo funzionale che i microrganismi giocano nell’ambiente. La comparazione di queste informazioni con dati funzionali conosciuti di altri organismi già studiati nel dettaglio sarà cruciale per l’interpretazione e il commento dei codici di DNA.

Obiettivi del progetto
Gli obiettivi specifici del progetto sono:
- Creare un database di informazioni sulla comparazione di sequenze proteiche, basate sul DNA rilevato da diverse sorgenti, per la referenza di tutti gli scienziati;
- Scoprire nuovi funzioni dei geni, aumentare la nostra conoscenza riguardo i processi biochimici in generale;
- Scoprire come gli organismi interagiscono tra di loro e con l’ambiente;
- Documentare l’attuale lineabase della diversità microbica, permettendoci di capire come i microrganismi cambiano sotto stress ambientali, come il cambiamento climatico.
- Capire meglio e modellare il complesso sistema microbico.

Mentre il risultato computazionale del progetto è solo ai primi passi nel raggiungimento di questi obiettivi, questo sarà definitivamente utile in molti modi. Per esempio, le conoscenze risultanti possono aiutare ad identificare, progettare e produrre nuovi antibiotici e farmaci contro patologie croniche, così come nuovi enzimi per applicazioni industriali, come produzione del cibo, sintesi chimica o produzione di plastiche ecologiche o biocarburanti. Nel lungo termine questa conoscenza può aiutarci a gestire le funzioni importanti dei diversi organismi nell’ecosistema mondiale, in tutti gli ambienti: in contesti industriali, e nelle interazioni tra uomini, animali e piante.

Domande frequenti
Cosa farà questo progetto?
Il progetto comparerà circa 200 milioni di proteine codificati dai geni un una larga varietà di organismi conosciuti e sconosciuti. Questi geni provengono da organismi presenti in campioni prelevati da una varietà di ambienti, compresi acqua e terreno, così come su piante e animali. Il DNA di tutti gli organismi in questi campioni (il metagenoma) è stato estratto e analizzato per identificare i geni che codificano le proteine, la maggior parte delle quali che sono enzimi. Uncovering Genome Mysteries comparerà le proteine codificate da questi geni con altre, sia individualmente che a gruppi, per identificare somiglianze genetiche. Alcune somiglianze possono rilevare le funzioni di questi organismi in diversi processi naturali. I ricercatori possono utilizzare questa conoscenza per escogitare soluzioni per risolvere importanti problemi ambientali, medici ed industriali.

Perché la comparazione dei geni è importante?
Grazie ai recenti sviluppi nella tecnologia di sequenziamento del DNA, vi è ora un largo quantitativo di informazioni genetiche disponibili per una vasta varietà di organismi, e altri vengono decodificati ogni giorno. Molti di questi organismi, in particolare microrganismi, non sono mai stati studiati nel dettaglio prima d’ora. Pertanto sappiamo poco su quello che possono fare, e come interagiscono con l’ambiente. Tuttavia, è probabile che molti geni degli organismi sconosciuti sono simili con i geni di organismi di cui conosciamo di più. Quando vengono trovate delle somiglianze, i ricercatori ottengono un punto di partenza per la comprensione di organismi precedentemente sconosciuti.

Quale sarà il risultato del progetto?
I ricercatori pubblicheranno un database ad accesso libero delle comparazioni delle sequenze proteiche elaborate su World Community Grid.
Ci aspettiamo che queste informazioni aiuteranno gli scienziati a scoprire nuove funzioni enzimatiche, scoprire come gli organismi interagiscono tra di loro e con l’ambiente, documentare l’attuale diversità microbica, e capire meglio il complesso modello dei sistemi microbici.

Quali benefici si aspettano da questo progetto?
Vi sono due aree principali in cui si aspetta che questa ricerca abbia un effetto benefico: ricerca scientifica attuale, e future tecnologie.
Sul lato della ricerca, il risultato dovrebbe aiutare a migliorare la conoscenza scientifica riguardo le funzioni di geni e proteine e processi biochimici in generale, così come aiutare gli scienziati a capire come le comunità microbiche stanno cambiando in risposta alle condizioni mutevoli del mondo naturale.
Vi sono anche diversi modi eccitanti in cui questa conoscenza può aiutare a risolvere i problemi del mondo. Ad esempio, nuove conoscenze riguardo gli organismi dovrebbe aiutare ad identificare, progettare e produrre nuovi antibiotici e farmaci contro le patologie, così come nuovi enzimi per applicazioni industriali, come produzione del cibo, sintesi chimica o produzione di plastiche biodegradabili o biocarburanti. Nel lungo termine, questa conoscenza dovrebbe aiutarci a gestire le funzioni dei diversi organismi nell’ecosistema mondiale.

Cos’è il DNA?
DNA significa acido deossiribonucleico. I filamenti di DNA sono molecole che fungono da stampo per ogni cosa vivente. Una singola molecola di DNA consiste in un filamento ad elica (di forma arrotolata) o una catena, consistente di quattro lettere chimiche, che formano frasi (geni) e il codice genetico. Queste lettere sono A, C, T e G e stanno per i quattro tipi di composti (adenina, citosina, timina e guanina), che sono assemblati per formare le molecole di DNA.
Cosa sono i geni?
I geni sono “frasi di DNA” che codificano le proteine. Specifiche sequenze di tre lettere di DNA sono ciascuna codificata in uno specifico amminoacido. Catene di amminoacidi formano proteine, alcune delle quali contribuiscono alla struttura di una cellula (come microrganismi), mentre altre funzionano da enzimi.
Cosa sono le proteine?
Una proteina è una catena di amminoacidi che si piega in una struttura particolare necessaria per la funzione di quella proteina. La catena può essere composta da fino a 20 differenti tipi di amminoacidi, e i tipi e l’ordine degli amminoacidi è codificata nella sequenza di geni (il codice genetico). La sequenza degli amminoacidi è anche conosciuta come “sequenza proteica” perché vi sono multiple sequenze di geni che possono specificare la stessa sequenza proteica. Una cellula è formata da migliaia di proteine (insieme a molecole grasse chiamate lipidi, zuccheri e altre sostanze) che possono avere una funzione strutturale o un’attività enzimatica. Gli enzimi sono proteine che aiutano a rompere altre molecole o costruirne di nuove. Diversi enzimi possono lavorare insieme per convertire molecole in altri mattoni chimici per la cellula (ad esempio, zuccheri in lipidi) o estrarre energia dagli zuccheri.
Cosa sono gli enzimi?
Gli enzimi sono proteine che convertono sostanze o fungono da catalizzatori. Alcuni enzimi nelle piante, ad esempio, possono aiutare l’assorbimento delle molecole di anidride carbonica e incorporarle nelle altre molecole cellulari.
Cos’è il sequenziamento del DNA?
Il sequenziamento del DNA è una tecnologia per determinare la sequenza delle quattro lettere (A, C, T, G) che codificano i geni, analizzando chimicamente le molecole di DNA.
Come si capisce la funzione di un organismo da una sequenza di DNA?
Per prima cosa convertiamo la sequenza di DNA in una sequenza di amminoacidi. Questa sequenza poi definisce le proprietà di una proteina. Comparando la sequenza di amminoacidi con un’altra sequenza nota presente nei database, possiamo utilizzare le informazioni riguardanti proteine precedentemente studiate per prevedere la funzione della nuova proteina che si sta studiando. Se conosciamo le funzioni di tutte le proteine codificate nel genoma, possiamo definitivamente capire come una cellula o un microrganismo funziona.
Che differenza c’è tra un genoma e un metagenoma?
Un genoma consiste in tutto il codice genetico di un singolo organismo, mentre un metagenoma descrive tutti i geni e gli elementi codificati in un gruppo o in una comunità di organismi, ad esempio tutti gli organismi compresi in un campione di suolo o di oceano.
Cosa sono i microrganismi?
I microrganismi sono microscopiche forme di vita, in maggioranza unicellulari, e includono batteri, archaea, protozoi, lieviti e alghe microscopiche. I membri di questi diversi gruppi sono presenti in praticamente tutti gli ambienti della terra: nell’aria, nell’acqua, nella terra, nelle rocce, e anche quando le condizioni sono decisamente difficili, come nell’oceano profondo o in ambienti polari. Essi giocano un ruolo cruciale nel mantenimento di tutti i sistemi ecologici e interagiscono a stretto contatto l’uno con l’altro e con altre forme di vita. Sono presenti all’interno e intorno di altri sistemi viventi, come piante, animali ed esseri umani.
Perché i microrganismi sono importanti?
I microrganismi rappresentano il grande ignoto, e la sotto apprezzata maggioranza di vita del nostro pianeta. Essi sono ovunque nell’ambiente e in organismi più grandi e complessi. Sono importanti per una grandissima varietà di processi naturali, che includono la salute umana, l’agricoltura e la produzione di cibo. Per praticamente ogni tipo di molecola organica, vi sarà un microrganismo che ha sviluppato la capacità di decomporla, modificarla o costituirla.
Perché è importante capire la funzione dei microrganismi?
Senza un funzionamento appropriato dei microrganismi la salute del nostro pianeta si deteriorerebbe rapidamente e organismi superiori, inclusi gli esseri umani, cesserebbero di esistere. Nonostante la loro importanza per la salute del nostro pianeta, sappiamo poco riguardo la diversità e la funzione dei microrganismi nell’ambiente. I microrganismi ospitano anche nuove e inaspettate funzioni, che possono essere impiegate per processi biotecnologici, come la produzione di cibo o di farmaci.
Cosa mostra la grafica del progetto?
La grafica mostra una porzione di coppie di sequenze proteiche, che sono state comparate sul tuo computer o dispositivo nella forma di “codice-lettera”. Le lettere (A, R, N, D, C, E, Q, G, H, I, L, K, M, F, P, S, T, W, Y, V) rappresentano i venti tipi di amminoacidi che sono assemblati in una catena per formare la proteina. Le lettere uguali nelle due sequenze di proteine sono evidenziate. Quando due sequenze corrispondono, significa che l’organismo sconosciuto produce una proteina che è simile ad una proteina meglio conosciuta. Questo può indicare che le due proteine hanno una funzione simile, e dare agli scienziati un punto di partenza nel comprendere l’organismo sconosciuto.
Cosa mostra la barra progressiva?
La barra mostra approssimativamente quanto manca al tuo dispositivo per calcolare il lavoro attuale. Essa mostra quante proteine sono state comparate rispetto a una serie di altre proteine. Quando il tuo dispositivo ha completato il lavoro e l’indicatore raggiunge il limite destro della barra, l’elaborazione è completata e il risultato sarà poi spedito a World Community Grid prima di essere pacchettizato e mandato indietro alla squadra di ricercatori.

FightAids Fase II (Attivo)

Il problema

L'epidemia
La minaccia mondiale dell'AIDS è ben nota e quasi sempre ben compresa. La malattia non ottiene più l'attenzione dei mezzi di informazione come avveniva un tempo, ma rimane una seria e crescente minaccia per la salute nella maggior parte del mondo. Secondo i dati più recenti della Organizzazione Mondiale della Sanità, vi sono attualmente 35 milioni di persone in tutto il mondo che convivono con l'infezione dell'HIV; due milioni di persone vengono infettate e oltre un milione muore ogni anno a causa di questa malattia. Tuttavia l'essere semplicemente infettati dal virus è diverso dallo sviluppare la patologia. l'HIV può causare l'AIDS, una condizione in cui il sistema immunitario è così indebolito che il paziente si ammala e muore per altre cause che il sistema immunitario sarebbe riuscito altrimenti a tenere sotto controllo.

Il panorama dei trattamenti
Vi sono stati incredibili progressi nel trattamento dell'HIV da quando il virus è stato identificato nel 1983 e, grazie ai moderni farmaci antiretrovirali (ARV), le persone infettate con l'HIV possono ritardare l'inizio dell'AIDS per molti anni. Tuttavia, non vi è alcuna cura e i trattamenti più efficaci sono estremamente costosi e non funzionano per chiunque. Attualmente meno della metà delle persone che potrebbero benificiare di un trattamento retrovirale lo ricevono effettivamente. Per tutte queste ragioni, la ricerca di potenziali trattamenti dell'HIV è stato un argomento di intenso interesse per decenni, che continua ancora oggi.

L'HIV resta un virus difficile da fermare dal momento che, quando si replica, il suo materiale genetico (RNA) viene spesso copiato in modo imperfetto e come risultato il virus è in continua mutazione. I virus mutati che sopravvivono in presenza di farmaci anti-HIV possono divenire "farmaco-resistenti". Una promettente area di ricerca è quella di identificare e puntare le aree delle proteine del virus, codificate nel suo RNA, che rimangono relativamente immutate nel tempo, con la speranza che, una volta trovato un trattamento, questo possa restare efficace per un lungo tempo. La sfida è di trovare composti chimici che possono legarsi con queste aree specifiche e inibire il virus senza distruggere altri sistemi nel corpo del paziente.

Nuovi strumenti significano nuove speranze
Le simulazioni informatiche offrono uno strumento eccitante e di crescente efficacia per aiutare ad accelerare questa ricerca, dal momento che oggi i ricercatori sono in grado di analizzare intere librerie di composti chimici e predirre quale di questi possa formare le basi di un farmaco efficace. Questa pre-ricerca può rilevare dove è meglio concentrare gli sforzi, riducendo di moltissimo il quantitativo di test in laboratorio richiesti e (in teoria), rendere i nuovi farmaci più facili e veloci da produrre. Tuttavia bisogna sempre trovare un equilibrio tra l'accuratezza della simulazione e la sua difficoltà: simulazioni a larga scala possono non sempre produrre i risultati più accurati e potrebbero produrre "falsi positivi", nei quali viene indicato come promettente un composto chimico che non lo è.

Per questo motivo vi è un grande potenziali nelle enormi sfide che devono affrontare i ricercatori. Le simulazioni informatiche possono identificare composti chimici promettenti per successivi studi e sviluppi di farmaci, ma talvolta i "falsi positivi" finiscono per rilevarsi uno spreco di tempo e denaro. Anche con tutti questi nuovi strumenti e tecniche, il processo di sviluppo di un farmaco rimane estremamente lungo e dispendioso.


Un decennio di ricerca
La prima fase del progetto FightAIDS@Home ha dato un grande contributo alla lotta all'HIV. Durante gli scorsi 10 anni i volontari che contribuivano al progetto FightAIDS@Home hanno analizzato milioni di composti chimici, cercando quelli che potrebbero colpire specifici obiettivi dell'HIV ed aiutare a bloccare il ciclo vitale del virus. Il progetto ha ottenuto qualche notevole successo, ha fatto continuare nel tempo la ricerca di nuovi composti, ricercati nuovi siti da colpire nel virus (nella proteasi, itegrasi e transcriptasi inversa), entrato nelle nuove risorse della potenza computazionale (dispositivi mobili Android) e utilizzato nuovi programmi di analisi computazionale (AutoDock Vina) per migliorare le prestazioni e l'accuratezza delle simulazioni.

Simulazioni più accurate
La Fase 2 introduce uno strumento di elaborazione completamente nuovo nella ricera effettuata da FightAIDS@Home: il metodo di analisi della distribuzione energetica dei legami (BEDAM), implementato con il motore software di meccanica e dinamica molecolare IMPACT. L'approccio BEDAM modella l'energia di riorganizzazione delle interazioni del complesso sottoposto a docking molecolare; è una tenica collaudata, la cui efficacia è stata verificata con dati di prova i cui risultati sono noti, ma non è mai stata implementata su una così larga scala. Per spiegarlo in altri termini, la Fase 2 utilizza un metodo di simulazione differente per ricontrollare, e in seguito rifinire, i risultati generati nella fase 1 utilizzando AutoDock e AutoDock Vina. L'obiettivo principale della Fase 2 è quello di aiutare ad identificare i falsi positivi, sostanze che nell'analisi iniziale sembravano dovessero colpire l'obiettivo, ma che non funzionerebbero una volta testate in laboratorio. BEDAM è estremamente adeguato a questo tipo di lavoro dal momento che, nonostante è stato dimostrato essere più accurato di AutoDock e AutoDock Vina, richiede un complesso già sottoposto a docking molecolare per analizzarlo, e richiede molto più tempo di elaborazione per valutare ciascun complesso. Pertanto, ha senso applicare la tecnica solo ai risultati migliori dell'analisi virtuale della Fase 1.

Obiettivi del progetto
L'obiettivo finale di FightAIDS@Home è quello di trovare nuovi spunti per le terapie contro l'HIV. Il nostro lavoro è il primo passo di una lunga serie che potrebbe portare ad un nuovo farmaco o strategia terapeutica. Pertanto, la Fase 2 si focalizza su due obiettivi in particolare:

1) Ridurre la perdita di tempo e denaro nella fase della ricerca dei test in laboratorio
L'obiettivo principale è quello di utilizzare le simulazioni BEDAM per verificare i composti più promettenti che erano stati identificati nell'analisi della Fase 1, ed eliminare i falsi positivi. Aggiungendo questa fase elaborativa in più, vi sono maggiori probabilità che i composti eventualmente più valutati possono funzionare bene nei test di laboratorio.
Questo è molto importante a causa dei costi dei test in laboratorio. Dopo l'analisi virtuale in due passaggi e l'analisi di IMPACT BEDAM/Academic per identificare i "casi fortunati" (i composti che si rilevano essere promettenti per sviluppi futuri), i migliori composti identificati dovranno poi essere acquistati o sintetizzati per essere testati sperimentalmente. La fase di sperimentazione in laboratorio è un processo lungo e costoso, ma usando BEDAM speriamo di limitare il numero di falsi positivi e restringere la lista di risultati promettenti per salvare tempo e denaro non appena i composti si sposteranno nella fase di sviluppo del farmaco.

2) Espandere l'arsenale di tecniche di analisi virtuale per ricerche su altre patologie
La metodologia che abbiamo sviluppato per la ricerca di un farmaco per l'HIV può essere ed è applicata per altre patologie. Gli strumenti di docking che abbiamo sviluppato ed utilizzato nella Fase 1 (AutoDock e AutoDock Vina) sono entrambi stati usati estensivamente da ricercatori in tutto il mondo per cercare composti chimici per potenziali trattamenti contro il cancro, malattie tropicali e altri problemi di salute. Oltre 5000 articoli scientifici sono stati pubblicati utilizzando questi strumenti. Il nostro utilizzo di BEDAM per analizzare composti pre-analizzati a questa scala non ha precedenti. Se questo approccio darà i risultati che abbiamo previsto, queste tecniche porteranno benefici ad altre aree di ricerca, inclusi altri progetti di World Community Grid.

MICROBIOME IMMUNITY PROJECT (Attivo)

 Ognuno di noi ha circa 30 miliardi di batteri che vivono nel e sul nostro corpo: questi batteri, la maggior parte dei quali vive nel sistema digestivo, sono parte di un sistema chiamato microbioma umano: larga parte di questi batteri sono innocui, se non benefici. D’altro canto altri sono coinvolti in malattie come il diabete di tipo1, la malattia di Crohn e le coliti ulcerose.
I recenti miglioramenti delle tecnologie hanno permesso agli scienziati di esplorare il microbioma in dettaglio per la prima volta: come gli scienziati acquisiscono una migliore comprensione del ruolo del microbioma nello sviluppo delle malattie, così possono essere in grado di trovare migliori diagnosi e trattamenti.

Problema da affrontare
Per comprendere meglio il ruolo svolto dai vari batteri nel microbioma, gli scienziati hanno bisogno di studiare le proteine prodotte da questi batteri, le quali sono codificate nel loro genoma. Il primo passo è determinare la struttura fisica (forma) delle proteine codificate da ogni gene dei batteri: questo è molto importante perché la struttura fisica di una proteina determina la sua funzione.
Una volta determinate le funzioni di una proteina, gli scienziati potranno esplorare il modo in cui le proteine dei batteri interagiscono le une con le altre e determinare quale proteina gioca un ruolo chiave nello sviluppo delle malattie. Il progetto sarà inizialmente focalizzato sui geni trovati nel microbioma dell’intestino umano e sulle malattie che hanno già dimostrato essere collegate con questi batteri.
Le dimensioni di questa ricerca sono enorme: il microbioma contiene circa 3 milioni di singoli geni batterici (per intenderci, il corpo umano ha circa 20.000 geni). Studiare le proteine corrispondenti ad ognuno di questi geni sarebbe un lavoro monumentale, praticamente impossibile in laboratorio: per questo motivo la stragrande maggioranza di queste proteine non è mai stata esplorata.

Alcuni dei microbiomi conosciuti

Se utilizzando le tradizionali tecniche di laboratorio le dimensioni del problema lo rendo non affrontabile, i metodi computazionali possono essere usati per prevedere la struttura delle proteine. D’altro canto, seguire questa strada richiede una potenza computazionale significativamente più grande di quella mediamente a disposizione dei ricercatori.
World Community Grid risponde a questa esigenza sfruttando la potenza di calcolo donata dai volontari di tutto il mondo.

Soluzione Proposta
Il “Microbiome Immunity Project” sta usando la potenza di WCG per accellerare questa fase iniziale riguardante la predizione delle strutture proteiche del microbioma: nello specifico, i volontari WCG stanno usando i loro computer per simulare milioni di esperimenti virtuali, ciascuno a predirre la struttura di una proteina.
I dati risultanti saranno analizzati dai ricercatori per trovare la struttura più probabile per ciascuna delle proteine studiate. Il team di ricerca renderà questi dati pubblicamente accessibili ad altri scienziati, accellerando il progresso delle conoscenze in questa importante area di ricerca.
A partire dal 2014, si stima che tra i 19 e i 39 milioni di persone abbiano il diabete di tipo 1 (T1D). I risultati del T1D a carico del sistema immunitario di un paziente sono la distruzione delle cellule produttrici di insulina del pancreas. Quando queste cellule sono danneggiate e smettono di produrre insulina, troppo glucosio (zucchero) rimane nel flusso sanguigno, dove può danneggiare gli organi e causare complicazioni pericolose per la vita, tra cui insufficienza renale e malattie cardiovascolari.
Il T1D inizia tipicamente nell'infanzia, sebbene possa iniziare più tardi, e il suo esordio è preceduto da una diminuzione della diversità microbica intestinale e da un aumento delle specie microbiche associate all'infiammazione. I ricercatori hanno scoperto che l'esposizione precoce a specifici batteri può aiutare (od ostacolare) la capacità del sistema immunitario di imparare a riconoscere e sviluppare adeguatamente anticorpi contro agenti estranei piuttosto che sul proprio corpo, potenzialmente cambiando il rischio di sviluppare il T1D.
La malattia di Crohn e la colite ulcerosa sono condizioni croniche che colpiscono milioni di persone in tutto il mondo, con una prevalenza tra le 120 e le 500 persone su 100.000 che soffrono di una di queste malattie in varie aree del globo. Queste malattie sono spesso diagnosticate durante l’adolescenza e sono caratterizzate da un'infiammazione cronica nel tratto digestivo, che spesso porta a complicazioni debilitanti.
Entrambe le malattie sono legate a degli squilibri microbici nell'intestino, compresi cambiamenti nei batteri associati al mantenimento di un corretto equilibrio delle cellule immunitarie regolatrici e della funzione della barriera mucosa (che aiuta a proteggere le cellule interne da un ambiente a volte ostile al di fuori delle cellule).
D’altro canto, però, il meccanismo preciso di come questa comunità microbiotica interagisca con le cellule ospiti per mediare la malattia è ancora sconosciuto.

Microbiome Immunity Project
Il progetto MIP affronterà questo problema utilizzando il folding proteico computerizzato, un processo attraverso cui i computers simulano come la sequenza ad una dimensione (sequenza genetica) di una proteina ripieghi nella sua struttura finale tridimensionale (per maggiori informazioni, vedere il progetto Human Proteome Folding): conoscere le strutture delle proteine aiuta i ricercatori nella previsione delle funzioni che le proteine avranno.
Ancorchè efficaci, le simulazioni di ripiegamento proteico richiedono risorse computazionali ingenti a cui, spesso, i ricercatori non hanno accesso. Il team di ricercatori del progetto “Microbiome Immunity Project” stanno arruolando, quindi, i volontari di WCG, che faranno girare queste simulazioni sui loro computer.
Le simulazioni sono generate utilizzando un software chiamato Rosetta, che è già stato usato dalla comunità WCG per il progetto “Human Proteome Folding” ed è utilizzato per una varietà di altre ricerche come la resistenza agli antibiotici, la parassitologia e la genomica dei tumori. Rosetta è sviluppato dal David Baker’s lab all’ Università di Washington, con collaboratori in varie istituzioni accademiche inclusa l’Università di New York. Questo software è particularmente efficace nel prevedere le strutture di proteine non ancora studiate.
Le comunità del microbioma contengono una vasta biodiversità e contengono diverse proteine che hanno una importante distanza evolutiva (con relazioni molto distanti) rispetto proteine note di organismi già studiati. Ogni somiglianza strutturale con proteine già note è impossibile da stabilire semplicemente analizzando la struttura primaria(sequenza dei geni), ma può essere rilevata una volta che la struttura della proteina viene predetta utilizzando tool come Rosetta.
La prima fase del progetto punterà a predirre strutture proteiche per circa 3 milioni di proteine codificate dai geni collettivi di tutti i batteri del microbioma umano: avere queste informazioni strutturale permetterà successivamente ai ricercatori di fare esperimenti di docking proteina-proteina per capire meglio le interazioni tra queste. Il lavoro successivo, quindi, sarà identificare quali proteina siano maggiormente coinvolte nello sviluppare (o inibire) processi legati alle malattie. Questo porterà ad esperimenti di docking per trovare candidati alla droga che possano controllare quelle proteine e le loro interazioni. Potenzialmente, questo può portare a nuovi trattamenti per le molte malattie associate al microbioma umano.

Obbiettivi del progetto
Gli obbiettivi per il progetto MIP sono:
* Utilizzare World Community Grid per generare un set di strutture proteiche previste dell’intero microbioma umano, contenete 3 milioni di geni.
* Condividere i risultati con altri scienziati in tutto il mondo per facilitare la ricerca su malattie chem il diabete di tipo 1, la malattia di Chron, le coliti ulcerose ed altre patologie.



 

OpenZika (Attivo)

Nel febbraio 2016, l’Organizzazione Mondiale della Sanità ha dichiarato il virus Zika come una “emergenza pubblica globale” a causa della sua rapidità di propagazione e delle nuove preoccupazioni sul legame con le problematiche neurologiche.
Da quando fu identificato per la prima volta nella foresta Zika in Uganda, il virus si estese in zone dell’Asia, del Pacifico e, recentemente, si sta rapidamente diffondendo in nuove aree geografiche come le Americhe, dove le persone non sono state precedentemente esposte alla malattia e quindi hanno poca immunità.
Un collegamento tra il virus Zika nelle donne in attesa e la microcefalia nei feti e nei neonati è stato confermato dal Centers for Disease Control nell'aprile 2016. La microcefalia è una condizione in cui il cervello di un bambino non riesce a svilupparsi correttamente nell'utero, portando spesso a dimensioni del cervello ridotte, abilità cognitive ridotte, problemi di controllo motorio, convulsioni e sintomi correlati.
Altre condizioni neurologiche sospettate di essere associate a Zika includono:
* Sindrome di Guillain-Barré, che causa debolezza muscolare e anche la paralisi in età adulta.
* Mielite, che è una infezione spinale.
* Meningoencefalite, una infiammazione del cervello e dei tessuti circostanti, di solito causata da una infezione.
Questi effetti neurologici hanno causato grande preoccupazione e hanno spinto l'Organizzazione Mondiale della Sanità a formare un Comitato di emergenza Zika per affrontare il problema.

Problema
Allo stato attuale non esiste un vaccino che immunizzi da questa malattia e non esistono farmaci antivirali per curare adeguatamente Zika, nonostante molti tentativi siano in corso. Nonostante sia stato identificato nel 1947, c’è stata poca ricerca da allora, dal momento che i sintomi della malattia sono, in genere, lievi. Tuttavia, i nuovi dati sui collegamenti tra Zika e microcefalia o altri problemi neurologici hanno rivelato che la malattia non è così benigna, il che richiede la necessità di intensificare gli sforzi di ricerca.

Cos'è Zika?
Il virus Zika è un membro del genere flavivirus, che comprende la dengue, la febbre gialla, il virus del Nilo occidentale e altri virus, che sono per lo più trasmessi agli esseri umani da una zanzara o da una puntura di zecca. Il virus Zika è trasmesso principalmente da due tipi di zanzare: la zanzara della febbre gialla (Aedes aegypti) e la zanzara tigre asiatica (Aedes albopictus). Anche la trasmissione sessuale del virus Zika è stata recentemente confermata, così come la trasmissione attraverso il sangue (anche l'urina e la saliva contengono il virus).
I sintomi di un'infezione da Zika sono generalmente lievi, che comprendono febbre, eruzioni cutanee, dolori articolari, congiuntivite (occhi rossi), mal di testa e/o linfonodi ingrossati. Tuttavia, il legame tra il virus Zika e le problematiche neurologiche, ha spinto diversi paesi a raccomandare di ritardare la gravidanza nelle aree colpite fino a quando non si capirà di più. Sono infatti necessarie soluzioni più efficaci per combattere l'epidemia di Zika.

Zone con presenza segnalata di Zika

L'ultima versione del genoma del virus Zika è stata sequenziata nel 2016 e gli scienziati stanno utilizzando le informazioni genetiche per determinare le proteine coinvolte nella malattia e quali sono le loro strutture, che potrebbero aiutare nello sviluppo di un vaccino o di farmaci antivirali
Sebbene ci siano anche sforzi per eliminare le zanzare Aedes Aegypti che diffondono Zika, sono più difficili da sradicare rispetto ad altri tipi di zanzare, perché tendono a nascondersi all'interno delle case, il che rende meno efficaci le strategie di irrorazione di insetticidi. Molte zanzare, d’altro canto, sono diventate sempre più resistenti agli insetticidi che vengono utilizzati per cercare di ucciderli.
Non esiste attualmente un vaccino per prevenire l'infezione con il virus Zika, né esistono farmaci antivirali efficaci per il trattamento di pazienti che hanno contratto il virus. Gli scienziati non dispongono ancora di metodi di ricerca computazionale che possano trarre vantaggio dal World Community Grid per sviluppare un vaccino. Ma le vaste risorse computazionali della World Community Grid possono invece svolgere un ruolo nell'aiutare i ricercatori a scoprire e sviluppare farmaci antivirali per combattere Zika.

Soluzione Proposta
Il progetto OpenZika su World Community Grid mira ad indentificare dei farmaci candidati a trattare il virus in persone già infettate. Il progetto mirerà alle proteine che il virus Zika probabilmente utilizza per sopravvivere e diffondersi nel corpo, basandosi su ciò che è noto da malattie simili, come il virus della dengue e la febbre gialla. Al fine di sviluppare un farmaco anti-Zika, i ricercatori devono identificare quale dei milioni di composti chimici potrebbe essere efficace nell'interferire con queste proteine chiave. L’efficacia di ciascun composto sarà testata in esperimenti virtuali chiamati “calcoli di docking”, effettuati sui computer dei volontari WCG (e sui loro dispositivi Android). Questi calcoli aiuteranno i ricercatori a focalizzarsi sui composti più problabili per avere un farmaco antivirale.
Il team di ricerca di OpenZika è impegnato nel rilasciare tutti i propri dati al pubblico il più rapidamente possibile, così che altri scienziati possano contribuire a far progredire lo sviluppo di alcuni di questi composti attivi in nuovi farmaci: inoltre sperano che il progetto OpenZika preveda una seconda fase, con l’analisi virtuale di molti altri composti.

Sviluppare farmaci per combattere la Zika
Il progetto OpenZika punta ad aiutare gli scienziati a sviluppare farmaci antivirali per combattere Zika. I farmaci antivirali aiutano a fermare una malattia quando una persona è già infetta, quando di solito è troppo tardi per un vaccino. Alcuni farmaci antivirali possono anche essere usati "profilatticamente" per prevenire l'infezione o impedire a una persona infetta di diffonderla ad altri. Tuttavia, questa prevenzione dura solo durante l'assunzione del farmaco antivirale - non è un vaccino.
Per sviluppare questi farmaci, gli scienziati devono valutare milioni di composti chimici per determinare quale potrebbe essere efficace nel “disabilitare” le proteine di cui un virus ha bisogno per riprodursi o infettare le cellule. Questo spesso inizia con la determinazione della "struttura cristallina", su scala atomica, di queste proteine chiave, e, successivamente, avviene lo screening dei composti chimici per vedere quale può attaccare, o "agganciare", la proteina e potenzialmente disabilitarla: effettuare tale processo di screening in un "wet lab " (laboratorio di test) è molto costoso e richiede molto tempo. È qui che World Community Grid può aiutare, consentendo ai ricercatori di utilizzare tecniche di screening virtuali per valutare sistematicamente milioni di composti contro molte diverse proteine Zika. I ricercatori possono quindi prevedere quali composti avranno maggiori probabilità di essere efficaci nei successivi test di laboratorio che misurano la replicazione del virus Zika o la capacità del virus di infettare le cellule.
Per eseguire questi esperimenti computazionali, i ricercatori di OpenZika stanno usando uno strumento di screening virtuale collaudato che si chiama AutoDock VINA, sviluppato dal Olson laboratory all’ “The Scripps Research Institute”, che ha anche una partnership con World Community Grid su due altri progetti: FightAIDS@Home and GO Fight Against Malaria. Altri progetti World Community Grid projects hanno utilizzato VINA, inclusi Outsmart Ebola Together, Drug Search for Leishmaniasis e Say No to Schistosoma.

Modellazione con omologie
Le esatte strutture, in scala atomica, della maggior parte delle proteine che svolgono un ruolo chiave nel ciclo di vita del virus Zika devono ancora essere determinate (mediante esperimenti chiamati "cristallografia a raggi X"). Fino ad allora, gli scienziati utilizzeranno strutture approssimative derivate da un processo chiamato "modellizzazione dell'omologia". Ciò comporta l'uso delle informazioni genetiche per le proteine Zika e la ricerca di proteine bersaglio molto simili da altri organismi, come il virus della dengue, per il quale alcune delle strutture proteiche sono note al livello atomico. Queste strutture note (chiamate "modelli") vengono quindi utilizzate come base per sviluppare modelli degli obiettivi che probabilmente assomigliano alle proteine Zika. In studi precedenti, i modelli di omologia sono stati utilizzati con successo per identificare nuovi composti che si sono dimostrati efficaci contro bersagli proteici patogeni. I progetti di World Community Grid come Genome Comparison e Uncovering Genome Mysteries sono stati utili per identificare proteine simili.
AutoDock VINA verrà utilizzato per analizzare milioni di composti chimici contro queste proteine ??bersaglio per identificare candidati promettenti per i primi test di laboratorio. Dal momento in cui verranno determinate strutture proteiche addizionali (e più accurate) correlate a Zika, tali strutture saranno utilizzate anche come target per la selezione su OpenZika. In questo modo, speriamo di ottenere un vantaggio sul lungo processo di scoperta e sviluppo di farmaci antivirali contro Zika. Effettueremo anche queste selezioni contro le strutture cristalline dei modelli di altri flavivirus per vedere se possiamo scoprire farmaci antivirali ad ampio spettro che possono aiutare a combattere più tipi di flavivirus.

Obiettivi del progetto
Gli obiettivi specifici del progetto sono:
• Composti della selezione del database ZINC, una raccolta di milioni di composti per lo screening virtuale, contro i modelli di omologia della proteina Zika.
• Screen di milioni di composti contro strutture proteiche Zika determinate sperimentalmente, non appena questi sono noti.
Questi risultati di screening saranno tutti resi disponibili al pubblico, aprendo la porta ad altri scienziati anche per utilizzare questi dati per aiutare a sviluppare trattamenti Zika.

Help Stop TB (Attivo)

La tubercolosi è uno dei più grandi killer a livello globale, come riportato dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), che parla di 9 milioni di nuovi casi diagnosticati l’anno e più di 1.5 milioni di morti per questa malattia nel 2014: più di mezzo milione di questi ha meno di 15 anni.

All'interno del mondo occidentale, la minaccia della TBC è diminuita attraverso il trattamento costante e il suo contenimento, al punto che gran parte della gente non considera questa malattia come un rischio. Nonostante questo, un incremento dei ceppi farmacoresistenti e l’incremento delle infezioni da HIV, combinati con il calo delle vaccinazioni in alcune zone del mondo, ha portato ad una ripresa della Tubercolosi. La consapevolezza del ritorno di questa malattia ha portato, recentemente, alla creazione della giornata mondiale contro la TB, il 24 Marzo di ogni anno.

Cos’è la TB
La tubercolosi è causata dall’infazione del batterio Mycobacterium tuberculosis (M. tb), il quale si diffonde, principalmente, attraverso le goccioline prodotte dallo starnuto o dal tossire di una persona infetta. Dopo l’iniziale infezione, se non vengono eliminati dall’organismo sano, i batteri M.tb entrano in uno stato “dormiente”, attraverso il quale sono in grado di evitare di essere rilevati dal nostro sistema immunitario: questo significa che l’infezione vera e propria può riapparire mesi o addirittura anni dopo il primo contatto.  

Il Micobatterio della Tubercolosi

I sintomi tipici di una infezione TB attiva includono tosse persistente, febbre, perdita di peso e sudorazioni notturne. Se l’infezione non viene trattata, il batterio causa danni crescenti ai polmoni e si diffonde in tutto il resto del corpo: tale infezione dilagante può portare, non raramente, alla morte. Il trattamento per un'infezione da TB senza complicanze dura oltre 6 mesi e richiede una combinazione di antibiotici: se il trattamento non ha effetto, o viene terminato troppo presto, il batterio diventa resistente ai farmaci e prolifera nel corpo se lasciato senza ulteriori, differenti farmaci.

M. tb è una malattia particolarmente vecchia, con casi identificati (da sepolture umane) risalenti a più di 4000 anni fa ed esistono prove di bisonti fossili malati risalenti a circa 17 mila anni fa. La malattia è stata particolarmente endemica in Nord America e in Europa dal 17° al 19° secolo e si stima abbia ucciso più persone che qualsiasi altra infezione microbica nella storia umana. Il controllo della TB in queste zone ha cominciato ad essere efficace dopo la II guerra mondiale, con l’uso di massa del vaccino BCG, combinato con l’introduzione del primo antibiotico efficace contro il batterio, l’Isoniazid, nel 1952, seguito da un’altra classe di antibiotici, le Rifamicine, nel 1957.

La resistenza multifarmaco
La resistenza batterica ai farmaci disponibili contro la TB è in aumento in tutto il mondo e questo sta rendendo la sfida contro la malattia ancora più difficile. Attualmente sono diagnosticati circa 500 mila casi di TBC multiresistente (in questi casi resistente contro i citati Isoniazid e le Rifamicine). Una forma più pericolosa e ampiamente resistente ai farmaci (XDR) è quella resistente anche ad altri farmaci oltre ai due citati ed è segnalata in 100 paesi al mondo. Dal momento che questi farmaci perdono efficacia, la minaccia di infezione a livello mondiale aumenta.

Tuberculosi e HIV
L’infezione tubercolare è una sfida ancor più complessa nelle zone in cui il virus dell’immunodeficenza (HIV) è alto, come nell’Africa sub-sahariana e i casi di co-infezione sono stimati essere circa il 13% del totale dei casi. Le persone che hanno entrambe le malattie hanno una più alta probabilità di morte e sono più difficili da diagnosticare a causa della mancanza di marcatori immunitari standard. Il trattamento con farmaci standard contro l’HIV in pazienti con la TB latente può portare a complicanze molto gravi, come la sindrome infiammatoria da ricostruzione di TB-immune (TB-IRIS), e in tal senso la diagnosi precoce e l’immediato trattamento sono fondamentali.

Malattie correlate
Il Mycobacterium tuberculosis fa parte della famiglia dei micobatteri. Altre malattie in questa famiglia comprendono la tubercolosi bovina che infetta i bovini e i tassi (M. bovis), la tubercolosi aviaria, che può infettare i pazienti HIV (M. avium), la lebbra (M. leprae) e l’ulcera di Buruli (M. ulcerans).

La soluzione proposta
I micobatteri hanno un rivestimento esterno particolarmente inusuale, che è importante per la loro sopravvivenza, proteggendoli sia dai farmaci in entrata che dal sistema immunitario che li ospita: un rivestimento esterno modificato può, quindi, rendere meno pericoloso il batterio. Il progetto Help Stop Tb è specificatamente mirato alle molecole di questo rivestimento.

La complessità del rivestimento esterno del Micobatterio.

Cosa c’è di speciale nel rivestimento del M.tb?
La maggior parte dei batteri ha un rivestimento esterno o una membrana che li aiutano a proteggersi dall’ambiente esteno: queste membrane, di solito, sono composta da un mix di grassi, zuccheri e proteine, ognuna con differenti funzioni. I grassi, in particolare, funzionano come una barriera contro l’entrata nel batterio dell’acqua e di altre molecole idrosolubili. M.tb e gli altri micobatteri hanno uno strato addizionale di grassi nella parete cellulare. Questi grassi, inoltre, sono dalle 3 alle 5 volte più lunghi di quelli degli altri batteri e contengono una firma chimica praticamente unica: questi grassi speciali sono conosciuti come acidi micolici e sono le molecole che interessano il nostro progetto.

La risposta inmunitaria e il rivestimento esterno del M. Tb.
Gli acidi micolici (e i loro derivati) sono talvolta in grado di liberarsi dalla parete cellulare di M. tb, e questi acidi micolici liberi hanno dimostrato di dare inizio a una varietà di risposte immunitarie. Ancora più importante, nei pazienti con infezione da HIV, si possono attivare risposte immunitarie alternative a quelle che normalmente sono racchiuse nell'infezione da HIV, offrendoci un modo alternativo per identificare rapidamente l'esposizione alla TBC attraverso gli esami del sangue. Il modo in cui gli acidi micolici possono agire come antigeni (promotori della risposta immunitaria) è strettamente legato al modo in cui queste molecole sono in grado di piegarsi, a quali forme prendono queste pieghe e quanto sono strette queste pieghe. Parte delle informazioni che stiamo raccogliendo per Help Stop TB ci forniranno informazioni su questo fenomeno.

Finalità del progetto

Le finalità specifiche del progetto Help Stop TB sono:
•   Creare un database delle strutture dell’acido micolico, che vadano a coprire le differenti variazioni riscontrate naturalmente nelle molecole.

•   Scoprire come queste variazioni influiscano sul modo in cui queste molecole ripiegano – sia in acqua che in ambienti più simili alle membrane (pareti cellulari).

•  Ottenere dati dalle simulazioni, necessari per creare modelli di membrana su vasta scala, che portino direttamente ad una migliore comprensione del comportamento delle membrane in un ambiente naturale.

•  Capire meglio i differenti effetti dell’acido micolico (e dei suoi derivati) sul sistema immunitario.

Gli obiettivi specifici sopra elencati sono, in definitiva, un modo per migliorare la nostra comprensione di come la TB si protegga dai farmaci e dagli attacchi del sistema immunitario dell'ospite, con l'obiettivo più ampio di sviluppare strategie che eludano queste difese.

Outsmart Ebola Togheter (Attivo)

Il virus Ebola rappresenta una grave minaccia per la salute e sta causando una crescente crisi umanitaria in Africa, con il potenziale rischio di espandersi ulteriormente a causa dei viaggi umani o dell'espansione del bacino naturale di animali che lo ospitano. È una malattia che uccide dal 25% al 90% delle vittime infette e si diffonde da uomo a uomo, e spesso l’infezione avviene quando i pazienti vengono curati (o sepolti).

Attualmente non ci sono trattamenti o vaccini comprovati per la malattia. Sebbene alcuni medici e ricercatori abbiano proposto l'uso di farmaci sviluppati per altri virus per tentare di combattere l'Ebola, questi farmaci sono stati progettati per funzionare contro le molecole che non esistono nell’Ebola e non è ancora chiaro se questi trattamenti saranno utili. Una migliore linea d'azione è sfruttare la ricchezza di informazioni scientifiche già esistenti per il virus Ebola per sviluppare nuovi farmaci specifici: le strutture molecolari delle molecole più importanti del virus sono state recentemente risolte e rappresentano opportunità ricche e inutilizzate per lo sviluppo di cure necessarie per combattere questa e future epidemie.

Ebola negli uomini e negli animali
Il virus Ebola è stato identificato per la prima volta nel 1976 ed è strettamente correlato ai virus Marburg, Sudan e Reston e ad altri membri della famiglia dei filovirus. Solo nel 2014, un ceppo di virus Ebola ha provocato il maggior focolaio in Africa occidentale, un ceppo diverso di virus Ebola ha causato un focolaio separato, più piccolo, nella Repubblica Democratica del Congo, e il virus Marburg ha ucciso persone in Uganda. Il virus del Sudan ha causato più epidemie nel corso degli anni in Africa centrale e il virus Reston è stato identificato in Cina e nelle Filippine in diversi allevamenti di suini allevati per il consumo umano. Si pensa che i pipistrelli della frutta fungano da riserva naturale del virus Ebola; anche altri animali vengono infettati. Nell’Africa occidentale, la ricaduta nella popolazione umana nel dicembre 2013 ha provocato l'attuale grande epidemia: a novembre 2014, il virus Ebola ha infettato oltre 14.000 persone e ucciso almeno 5.000.




Sintomi dell’Ebola
Il virus, che ha la forma di un lungo e flessibile filamento, si attacca e si muove nelle cellule di un organismo ospite. Quindi si replica in modo efficiente, estraendo numerose copie di sè stesso dalla cella. Il virus attacca diversi tipi di cellule, incluse importanti cellule del sistema immunitario, che circolano e trasportano il virus in tutto il corpo: il risultato sono una coagulazione inappropriata, la perdita di circolazione sanguigna, infiammazione, insufficienza d'organo e shock. Quando una persona viene infettata per la prima volta, c'è un periodo di incubazione che va da due a 21 giorni prima che la persona infetta manifesti i sintomi. I sintomi iniziali, che assomigliano da vicino a quelli causati dall'influenza o da malattie tropicali comuni, progrediscono fino a includere febbre alta, vomito, diarrea, disidratazione e altro ancora. L'infezione si verifica per contatto con i fluidi corporei di una persona infetta o con il corpo di un paziente che è morto a causa della malattia: a causa del periodo di incubazione variabile e della somiglianza dei sintomi iniziali con malattie molto più banali, è importante monitorare e isolare tutti i possibili contatti di una persona infetta per contenere un'epidemia.

Impatto dell’Ebola sulle comunità
L'Ebola è potenzialmente una minaccia molto seria, non solo a causa della gravità della malattia stessa, ma anche a causa della paura che instilla in una comunità. Se non viene gestito correttamente, una infezione può trasformarsi in un'epidemia e sopraffare i servizi sanitari in una determinata area. Anche il commercio viene interrotto e l'intero benessere e l'economia di una regione possono deteriorarsi: questo sta già accadendo in alcuni paesi dell'Africa occidentale, in particolare in Liberia e Sierra Leone. A causa del lungo periodo di incubazione (e del nostro mondo moderno altamente connesso) l'Ebola può facilmente diffondersi in altre regioni dopo un primo focolaio. Sono quindi necessarie precauzioni estreme e una ottima preparazione per trattare pazienti sospetti e trovare possibili contatti che potrebbero essere infetti.



La ricerca di una cura
La ricerca di un farmaco antivirale efficace per il trattamento della malattia è ora una priorità elevata, dato il tasso di mortalità, la portata dell'epidemia del 2014 e la possibilità che il virus possa diventare endemico in una o più aree. Alcuni composti si rivelano promettenti come trattamenti per l'Ebola e sono attualmente in fase di test attraverso studi accelerati, tuttavia gli scienziati stanno ancora cercando urgentemente una cura definitiva, e c'è ancora molto da fare.

La soluzione proposta
In questo progetto, i ricercatori del laboratorio Ollmann Saphire dello Scripps Research Institute di La Jolla, in California, stanno utilizzando World Community Grid per cercare farmaci per curare i pazienti infetti dal virus Ebola. Ollmann Saphire laboratory . Un trattamento antivirale per l'Ebola potrebbe potenzialmente essere utilizzato anche per il trattamento di malattie correlate nella famiglia dei filovirus, inclusi i virus Marburg, Sudan e Reston.
Il potere di calcolo donato dai volontari di World Community Grid viene utilizzato per analizzare milioni di composti per identificare quelli che promettono di “disabilitare” il virus Ebola: l'esecuzione di questo screening consente di risparmiare praticamente molti anni di lavoro di laboratorio.

Screening delle molecole candidate come farmaco
Il software utilizzato per queste simulazione è AutoDock (e AutoDock VINA), sviluppati dal Olson laboratory all’Istituto di ricerca The Scripps, che ha già collaborato con World Community Grid su altri due progetti: FightAIDS@Home e GO Fight Against Malaria.
La struttura atomica della molecola bersaglio del virus Ebola e le strutture di milioni di molecole farmaco candidato (ligandi) sono gli input per il programma: l'obiettivo e il ligando vengono valutati in tutti gli orientamenti l'uno rispetto all'altro e il software calcola l'affinità di legame tra le molecole. Questa procedura è analoga a quella che si farebbe nelle provette di laboratorio, ma è simulata virtualmente usando i computer e questo consente di risparmiare tempo e costi considerevoli, poiché i test di laboratorio richiedono l'acquisto o la sintesi delle molecole candidate, un processo dispendioso in termini di tempo e denaro.

Obiettivi della molecola del virus Ebola
Questo progetto è supportato dall'esclusiva esperienza nella biologia strutturale del virus Ebola nel laboratorio Ollmann Saphire: questo laboratorio, infatti, ha risolto le strutture delle proteine target critiche del virus. Queste strutture, o immagini molecolari, sono simili alla ricognizione: mostrano dove il virus è vulnerabile e quali siti specifici devono essere colpiti per bloccare le fasi chiave del ciclo di vita del virus. Il laboratorio ha anche gli strumenti e la capacità di valutare biologicamente ciascun composto in ogni fase del ciclo di vita del virus.
Il primo obiettivo sarà la proteina di superficie del virus Ebola che è l'unica responsabile dell'infezione di nuove cellule umane. Llavori recenti di questo laboratorio hanno dimostrato che l’Ebola e i suoi parenti, i virus Sudan, Marburg e Reston, usano un sito di forma simile per infettare le cellule umane. I composti sviluppati contro questo sito potrebbero essere trasformati in farmaci contro queste famiglie di virus.
Il secondo obiettivo sarà la scoperta delle proteine "trasformatrici" che mutano la forma del virus Ebola, ovvero che adottano forme diverse in tempi diversi per ottenere diverse funzioni. Con questo progetto, abbiamo l'opportunità di approfondire in modo fondamentale la biologia molecolare in generale, capendo in che modo le proteine dell'Ebola (e quelle delle cellule umane) possono sfruttare il codice genetico minimo per ottenere una massima funzione biologica.

Sviluppare un trattamento per l’Ebola
Una volta identificate le migliori molecole farmacologiche candidate attraverso lo screening virtuale su World Community Grid, queste possono essere testate in laboratorio. I farmaci più promettenti possono quindi essere ulteriormente modificati per funzionare ancora meglio, a concentrazioni più basse e con minori effetti collaterali. Le sperimentazioni sui farmaci con i candidati più promettenti potrebbero alla fine portare a un farmaco approvato.

Gli obiettivi del progetto Outsmart Ebola Together sono:
•   Osservare milioni di composti da database multipli di librerie di ligandi contro obbiettivi critici del virus Ebola.

•   Identificare i migliori candidati ed eseguire ulteriori test di laboratorio per selezionare potenziali farmaci promettenti per una cura efficace dell’Ebola.

•   Fornire i risultati ad altri scienziati in tutto il mondo che stanno lavorando per sconfiggere l’Ebola.

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