Het Vlaams Supercomputer Centrum maakte de afgelopen maanden extra rekentijd vrij voor onder­zoek aan COVID-19, onder meer om mogelijke componenten voor medicijnen te simuleren.

Het Vlaams Supercomputer Centrum biedt algemene rekenfaciliteiten aan universiteiten en bedrijfsleven, variërend van (petro)chemische industrie en biowetenschappen tot klimaatmodellering en ontwerp van elektronica. Om vraagstukken te tackelen gerelateerd aan de COVID-­19-crisis maakte het centrum onlangs extra rekentijd vrij. Wetenschappers van de Universiteit Antwerpen (UA) gebruikten die zowel voor directe beleidsdoeleinden als medicijnonderzoek dat meer op de lange termijn is gericht.

In één nacht

Zo zette Sereina Herzog van het Centrum voor Gezondheidseconomisch Onderzoek en Modelleren van Infectieziekten haar rekentijd in om de beste samenstelling te achterhalen voor steekproeven. ‘Om te bepalen hoeveel mensen antilichamen in hun bloed hebben, moet je weten hoe je een representatieve steekproef neemt. We willen een precieze schatting over het hele grondgebied, en ook van elke leeftijdscategorie. Daarom hebben we het effect gesimuleerd voor een groot aantal combinaties van verschillende steekproefgrootte en mogelijke infectieverdeling. Zo hopen we een optimale samenstelling te vinden.’

Dankzij de supercomputer kon Herzog haar simulaties in één nacht runnen. Normaal gesproken kost dat meerdere dagen. Uiteindelijk bleek een evenredige verdeling over leeftijd wel degelijk te werken, mits de sample size per deelgroep niet onder de 150 personen zakt; wat best nog een opgave kan zijn in bijvoorbeeld de leeftijdscategorie 90-plus.

Herzogs collega Lander Willem zit nog dichter op de actualiteit met zijn netwerkmodel om de verspreiding van het virus in kaart te brengen. Het model bevat elf miljoen knopen, een voor iedere inwoner van België. Dat doorrekenen met verschillende parameters voor de interacties tussen personen vergt doorgaans veel rekentijd.

Willem: ‘Met de supercomputer berekenden we eerder wat de scenario’s zouden zijn bij de heropening in mei. Wat gebeurt er als mensen in gesloten bubbels blijven, wat als er meer open bubbels zijn? Hoe verspreidt het virus zich dan over het land, wat zijn de voorspelde hospitalisaties? Vanuit ons onderzoek hebben we adviezen geformuleerd voor het regeringsbeleid. Nu monitoren we de situatie met het oog op vervolgonderzoek.’

Compounds

Behalve epidemiologisch onderzoek voerden wetenschappers aan de UA ook farmaceutische studies uit. Een onderzoeksvraag is bijvoorbeeld welke proteasen de kenmerkende eiwitten van het COVID-19-virus in stukjes kunnen knippen. Hoogleraar medicinale chemie Hans De Winter gebruikte daarbij een commerciële database met drie miljoen compounds die hij via de supercomputer exploreert.

‘In die database kunnen we zoeken naar inhibitoren voor geschikte proteasen’, vertelt De Winter. ‘In eerste instantie zochten we naar compounds die ruimtelijk aansluiten op het viruseiwit. In onze simulaties konden we bovendien de beweging van het eiwit meenemen en het effect van het solvent. Want het COVID-19-protease is zeer beweeglijk, dus het was niet genoeg om alleen naar de ruimtelijke structuur te kijken.’

De simulaties leverden een aantal veelbelovende compounds op. De eigenaar van de database kan die synthetiseren. De Winter en zijn groep kunnen vervolgens bestuderen of het effect in de simulaties zich ook in de praktijk voordoet, en of er geen neven­effecten zijn, zoals giftigheid. Dat is een kwestie van lange adem, aldus De Winter. Het resultaat is allicht pas bij een volgende epidemie beschikbaar als basis voor onderzoek aan een nieuw virus. Dat zal tegen die tijd ongetwijfeld weer extra rekentijd vergen.