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Schistosomiasis – a tropical disease caused by the parasitic worms transmitted by freshwater snails – affects more than 200 million people each year, killing 200,000 of them. Schistosomiasis is second only to malaria in its devastating effects on the world’s population.

To find a treatment for this deadly disease, researchers at Inforium University in Belo Horizonte and Fiocruz Minas, Brazil are using World Community Grid to run computer simulations that map the interactions of millions of chemical compounds with selected target proteins. Powered by the unused computing capacity of more than two million World Community Grid member computers, Brazil’s “Say No to Schistosoma” project is leading the charge to wipe out this deadly disease.

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The story of a disease that infects nearly 200 million people today begins in the ancient remains of mummies from the Upper Nile River Delta. Analyses of mummies from Nubia – the former Nile River kingdom located in present-day southern Egypt and northern Sudan – reveal that ancient populations suffered and died from infections that caused anemia and chronic illnesses which impaired their growth and cognitive development, damaged their organs, and weakened their immune systems.

Schistosoma mansoni

Nearly 25 percent of Nubian mummies contain Schistosoma mansoni, the parasite that causes schistosomiasis. The parasites live in freshwater snails, and emerge to find a host. The parasites then may infect humans whose skin comes into contact with the water. Ironically, it may have been the Nubians’ technology for irrigating the Nile River Delta that led to the spread of the disease – which is second only to malaria in its deadly and debilitating effects on the world’s population.

A child gathers contaminated water.

The “Say No to Schistosoma” project is using bioinformatics tools to engineer new drug therapies to fight schistomiasis. The process is arduous, and requires multiple protocols, including:

• Detecting the molecular basis of the disease
• Evaluating and refining promising compounds to combat it
• Employing drug design techniques to create more effective compounds
• Determining Quantitative Structure Activity Relationships to evaluate the effectiveness of the compounds
• Studying the solubility of the drug molecule
• Testing the drug

Instead of performing expensive and time-consuming laboratory experiments, computer simulations of millions of experiments can accelerate the search for effective drug therapies. But each step of Computer-Aided Drug Design (CADD) – from Virtual High-Throughput Screening (vHTS) to Sequence Analysis to Homology Modeling – requires a massive amount of computing power that typically is unavailable to humanitarian researchers. By using the “virtual supercomputer” of  World Community Grid, our team will slash our testing and evaluation time from more than 30 years to less than one year.

Progression of the disease (in English)

Click for larger graphic

We plan to make public the results of our research so other scientists may build upon it. The Fiocruz Minas team is planning on conducting additional laboratory work to develop better drugs to fight schistosomiasis – using the best candidate compounds identified by the computer simulations. We thank the many people who have volunteered their computers to make this research possible.

Rosangela Hickson, Ph.D., is the principal investigator of Brazil’s “Say No to Schistosoma” Project, powered by World Community Grid.

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Buscando Novos Tratamentos para uma Doença Antiga

A esquistossomose — uma doença tropical causada por vermes parasitas transmitidos por caramujos de água doce — contamina mais de 200 milhões de pessoas todo ano, matando 200.000 delas. A esquistossomose só perde para a malária em termos de efeitos devastadores na população global.

Para encontrar um tratamento para essa doença mortal, cientistas da Universidade Inforium de Belo Horizonte e da Fiocruz Minas, Brasil estão usando o World Community Grid  para pesquisar componentes químicos que podem se tornar potenciais novas drogas para o tratamento da esquistossomosee. Impulsionado pela capacidade ociosa dos mais de dois milhões de computadores que participam do World Community Grid, o projeto “Say No to Schistosoma” do Brasil está liderando a investida para eliminar essa doença mortal.

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A história de uma doença que infecta quase 200 milhões de pessoas atualmente começou nos restos de múmias do delta do Nilo Superior. Análises de múmias da Núbia – o antigo reino do Rio Nilo localizado no que hoje é o sul do Egito e norte do Sudão — revelaram que as populações antigas sofreram e morreram de infecções que causavam anemia e debilidade crônica, prejudicando seu crescimento e desenvolvimento cognitivo, danificando seus órgãos e enfraquecendo seus sistemas imunes.

Schistosoma mansoni

Quase 25% das múmias da Núbia continham o Schistosoma mansoni, o parasita que causa a esquistossomose. Os parasitas vivem em caramujos de água doce e emergem para encontrar um hospedeiro. Os parasitas então podem infectar humanos cuja pele entre em contato com a água. Ironicamente, pode ter sido a tecnologia dos Núbios de irrigação do delta do Rio Nilo que tenha levado à disseminação da doença — que perde apenas para a malária em seus efeitos mortais e devastadores na população mundial.

Uma criança coleta água contaminda.

O projeto “Say No to Schistosoma” está usando ferramentas de bioinformática para produzir novas terapias por medicamento para combater a esquistossomose. Trata-se de um processo árduo que exige múltiplos protocolos, incluindo:

• Detecção da base molecular da doença
• Avaliação e refinamento de compostos promissores para combatê-la
• Uso de técnicas de desenvolvimento de medicamentos para criar compostos mais eficazes
• Determinação de Relacionamentos de Atividade de Estrutura Quantitativa para avaliar a eficácia dos compostos
• Estudo da solubilidade da molécula do medicamento
• Teste do medicamento

Ao invés de efetuar testes caros e consumir tempo em experimentos  de laboratório, as simulações com softwares serão feitas por meio dos computadores membros do projeto e podem acelerar a busca por medicamentos eficazes. Mas cada passo do Desenvolvimento de Medicamento Auxiliado por Computador (CADD)– desde a Seleção Virtual de Alta Produtividade (vHTS) até a Análise Sequencial e Modelagem por Homologia – exige uma quantidade maciça de poder de computação que está normalmente  fora do alcance de pesquisadores. Ao usar o “supercomputador virtual” da World Community Grid, nossa equipe reduzirá o tempo necessário de teste e avaliação de mais de 30 anos para menos de um.

Progressão da doença

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Planejamos tornar público os resultados da nossa pesquisa para que outros cientistas possam aproveitar esse trabalho. A equipe da Fiocruz Minas planeja conduzir um trabalho adicional de laboratório para desenvolver melhores medicamentos para combater a esquistossomose, usando os compostos mais promissores identificados pelas simulações de computador. Agradecemos as várias pessoas que ofereceram seus computadores voluntariamente para tornar essa pesquisa possível.

Rosangela Hickson, PhD, é a  pesquisadora responsávelo pelo Projeto “Say No to Schistosoma” do Brasil, impulsionado pelo World Community Grid.

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