La ricerca è stata realizzata con supporto del supercalcolatore per le simulazioni di dinamica molecolare
di Andrea Carli 25 Novembre 2023
Smog fuori dai limiti, la sfida del Nord Italia per soddisfare le richieste della UE
Esiste una relazione tra l’inquinamento e la possibilità di contrarre il Covid. A questa conclusione è giunto uno studio ENEA – Università di Roma Tor Vergata. Dall’indagine emerge una forte interazione tra le polveri sottili (PM2.5) e la proteina Spike del virus SARS-CoV-2 responsabile del COVID19.
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The research was carried out with the support of the supercomputer for molecular dynamics simulations
by Andrea Carli 25 November 2023
Smog out of bounds, Northern Italy’s challenge to satisfy EU requests There is a relationship between pollution and the possibility of contracting Covid. An ENEA – University of Rome Tor Vergata study has reached this conclusion. The investigation reveals a strong interaction between fine particles (PM2.5) and the Spike protein of the SARS-CoV-2 virus responsible for COVID19.
RICERCA ENEA-UNIVERSITA’ TOR VERGATA ROMA: ”FORTE INTERAZIONE TRA POLVERI SOTTILI PM2.5 E SARS-COV-2”
Roma, 24 nov. – Uno studio ENEA (Ente Nazionale per le Energie Alternative) e l’Università di Roma Tor Vergata ha evidenziato una forte affinità tra il particolato atmosferico (PM2.5) e la proteina Spike del virus SARS-CoV-2 responsabile del COVID19. I risultati, che descrivono l’interazione tra le polveri sottili e il virus attraverso simulazioni di dinamica molecolare eseguite con il supercalcolatore CRESCO6, sono stati pubblicati sulla rivista online Science of The Total Environment e rientrano nell’ambito del progetto Pulvirus. https://www.iss.it/progetti-pulvirus https://impatti.sostenibilita.enea.it/projects/pulvirus
“Durante la fase iniziale della pandemia la Lombardia e, in generale, tutta l’area della Pianura Padana sono state colpite più duramente dall’infezione virale rispetto al resto del Paese.
Parliamo di una parte d’Italia tra le più inquinate d’Europa e questo ha portato la comunità scientifica a ipotizzare un possibile ruolo del particolato atmosferico nella diffusione del virus”, spiega Caterina Arcangeli, ricercatrice ENEA del Laboratorio Salute e Ambiente e coautrice dello studio insieme ai colleghi Barbara Benassi, Massimo Santoro e Milena Stracquadanio e ai ricercatori del Dipartimento di Biologia dell’Università di Roma Tor Vergata Alice Romeo, Federico Iacovelli e Mattia Falconi. Lo studio è partito dalla verifica e dimostrazione della presenza del genoma del virus responsabile del Covid-19 su almeno il 50% dei campioni di filtri per il PM2.5 raccolti nella città di Bologna nell’inverno del 2021.
“A seguire abbiamo realizzato al computer modelli molecolari semplificati di PM2.5 e di SARS-CoV-2 e abbiamo valutato la loro interazione mediante simulazioni ad alte prestazioni eseguite con il supercalcolatore CRESCO6”, aggiunge Arcangeli. Le simulazioni hanno mostrato chiaramente che i glicani (zuccheri) presenti sulla superfice della proteina Spike giocano un ruolo importante nell’interazione tra virus e particolato, mediando il contatto diretto con la corrispondente superficie del nucleo di carbonio del PM2.5. Inoltre, dallo studio emerge anche una stretta correlazione tra PM2.5 e virus anche rispetto alle caratteristiche chimiche del particolato fine, il cui contenuto in carbonio elementare sembra avere una funzione guida nell’interazione con il SARS-CoV-2.
“Sebbene l’affinità tra PM2.5 e SARS-CoV-2 appaia plausibile, la simulazione non permette di valutare se queste interazioni siano sufficientemente stabili per trasportare il virus nell’atmosfera o se il virione mantenga la sua infettività dopo il trasporto. La possibilità che il virus possa essere ‘sequestrato’ dal PM, con conseguente riduzione di infettività e diffusione, o inattivato da questa forte interazione con il particolato non può essere quindi esclusa”, prosegue la ricercatrice ENEA.
La forza delle simulazioni al computer effettuate da questo studio risiede nella capacità di modellare diversi tipi di particolato, variando sia la concentrazione che la composizione chimica degli inquinanti atmosferici. Queste simulazioni possono, dunque, rappresentare uno strumento utile per valutare rapidamente l’eventuale interazione delle polveri sottili con virus, batteri o altri bersagli cellulari rilevanti. “Questa possibilità potrebbe dimostrarsi utile per contrastare o controllare la diffusione di future malattie trasmesse per via aerea in regioni altamente inquinate e fornire informazioni utili per elaborare piani di controllo dell’inquinamento dell’aria”, conclude Arcangeli.
Content Original Link:
http://direnl.dire.it/odm/anno/2023/novembre/24/?news=N06
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RESEARCH ENEA-TOR VERGATA UNIVERSITY OF ROME: ”STRONG INTERACTION BETWEEN FINE PARTICULARS PM2.5 AND SARS-COV-2”
Rome, 24 Nov. – An ENEA (National Agency for Alternative Energy) and the University of Rome Tor Vergata study has highlighted a strong affinity between atmospheric particulate matter (PM2.5) and the Spike protein of the SARS-CoV-2 virus responsible for COVID19. The results, which describe the interaction between fine dust and the virus through molecular dynamics simulations performed with the CRESCO6 supercomputer, were published in the online journal Science of The Total Environment and fall within the scope of the Pulvirus project. https://www.iss.it/progetti-pulvirus https://impatti.sostenibilita.enea.it/projects/pulvirus
“During the initial phase of the pandemic, Lombardy and, in general, the entire Po Valley area were hit harder by the viral infection than the rest of the country. We are talking about one of the most polluted parts of Italy in Europe and this has led the scientific community to hypothesize a possible role of atmospheric particulates in the spread of the virus”, explains Caterina Arcangeli, ENEA researcher at the Health and Environment Laboratory and co-author of the study together with colleagues Barbara Benassi, Massimo Santoro and Milena Stracquadanio and researchers from the Department of Biology of the University of Rome Tor Vergata Alice Romeo, Federico Iacovelli and Mattia Falconi. The study started from the verification and demonstration of the presence of the genome of the virus responsible for the Covid-19 on at least 50% of PM2.5 filter samples collected in the city of Bologna in the winter of 2021.
“We then created simplified molecular models of PM2.5 and SARS-CoV-2 on the computer and evaluated their interaction using high-performance simulations performed with the CRESCO6 supercomputer”, adds Arcangeli. The simulations clearly showed that the glycans (sugars) present on the surface of the Spike protein play an important role in the interaction between viruses and particulate matter, mediating direct contact with the corresponding surface of the carbon core of PM2.5. Furthermore, the study also shows a close correlation between PM2.5 and viruses also with respect to the chemical characteristics of fine particulate matter, whose elemental carbon content appears to have a guiding function in the interaction with SARS-CoV-2.
“Although the affinity between PM2.5 and SARS-CoV-2 appears plausible, the simulation does not allow us to evaluate whether these interactions are sufficiently stable to transport the virus in the atmosphere or whether the virion maintains its infectivity after transport. the possibility that the virus could be ‘seized’ by PM, with a consequent reduction in infectivity and spread, or inactivated by this strong interaction with particulate matter cannot therefore be excluded”, continues the ENEA researcher.
The strength of the computer simulations carried out by this study lies in the ability to model different types of particulate matter, varying both the concentration and the chemical composition of air pollutants. These simulations can, therefore, represent a useful tool to quickly evaluate the possible interaction of fine particles with viruses, bacteria or other relevant cellular targets. “This possibility could prove useful to counter or control the spread of future airborne diseases in highly polluted regions and provide useful information for developing air pollution control plans,” concludes Arcangeli.
PULVIRUS
PULVIRUS, PER CAPIRE I LEGAMI TRA COVID-19 E INQUINAMENTO
Il Progetto PULVIRUS nasce nella primavera del 2020, in piena crisi pandemica COVID-19, dall’alleanza scientifica fra l’Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie, l’Ente Nazionale per le Energie Alternative (ENEA), l’Istituto Superiore di Sanità (ISS) e il Sistema Nazionale per la Protezione Ambientale (SNPA) composto dall’Istituto Superiore per la Protezione e Ricerca Ambientale (ISPRA) e dalle Agenzie Regionali del Sistema Nazionale per la Protezione dell’Ambiente. Si tratta di un’iniziativa di portata nazionale che mette a fattor comune i rilevanti insiemi di competenze e dati di cui dispongono le tre istituzioni, esperienze e collaborazioni già in corso; l’obiettivo è di raffinare gli strumenti che la comunità scientifica propone a supporto delle politiche ambientali e sanitarie.
Il Progetto si è articolato in sei obiettivi principali che hanno avuto lo scopo di approfondire il discusso legame fra inquinamento atmosferico e diffusione della pandemia, le interazioni fisico-chimiche-biologiche fra polveri atmosferiche e virus, gli effetti del “lockdown” sulle concentrazioni atmosferiche degli inquinanti e dei gas serra.
Obiettivo 1: Analisi degli effetti delle misure di distanziamento fisico durante il periodo della pandemia da COVID19: cosa dicono le stazioni di monitoraggio italiane.
Obiettivo 2: Valutazione sull’intero territorio nazionale della riduzione delle emissioni e concentrazioni di inquinanti atmosferici per effetto dell’introduzione di misure per contrastare la diffusione del COVID-19.
Obiettivo 3: Caratterizzazione della composizione chimica e della distribuzione dimensionale del particolato.
Obiettivo 4: Valutazione dell’impatto della riduzione delle emissioni sui gas climalteranti.
Obiettivo 5: Studio sulle interazioni fisico-chimiche-biologiche tra polveri sottili e virus.
Obiettivo 6: Raccomandazioni per il trattamento di campioni di particolato e valutazioni preliminari allo sviluppo di un modello predittivo di allerta precoce conseguente alla presenza di tracce di COVID-19 sul particolato atmosferico e formazione.
PULVIRUS ha avuto uno sviluppo temporale di due anni, appena conclusosi a Ottobre 2022; alcuni risultati significativi saranno, però disponibili fra pochi mesi: come ad esempio fra l’analisi di fattibilità̀ di un sistema di allerta precoce da attivare possibilmente prima della prossima stagione autunnale.
L’ISS ha avuto un ruolo attivo nella Struttura di Governo di PULVIRUS attraverso la partecipazione come:
Membro Comitato direttivo Dott.ssa Laura Mancini
- Membro Comitato Tecnico Scientifico Dott.ssa Stefania Marcheggiani
- Responsabile scientifico Obiettivo 6 Dott.ssa Stefania Marcheggiani
- Esperti coinvolti nell’Obbiettivo 6: L. Mancini, C. Puccinelli, A. D’angelo, F. Chiudioni, M.E. Soggiù, G. Settimo
- Esperti coinvolti negli Obiettivi 1: ME Soggiu, M Inglessis; 2: ME Soggiu; 3: G. Settimo e 5: S. Marcheggiani
In particolare per quanto riguarda l’Obiettivo 6 sono stati realizzati i due protocolli operativi di raccolta, trasporto e conservazione dei campioni ambientali, sia negli ambienti outdoor che indoor da utilizzare nei monitoraggi di emergenza.
E’ stato redatto il documento relativo alla struttura dello strumento predittivo di allerta ambientale precoce, Early Warning System basato sull’integrazione di dati ambientali, e sulla presenza di circolazione virale in aria o di altri contaminanti biologici emergenti o riemergenti in aree in cui erano già stati registrati. Questa proposta si è basata sulle osservazioni ambientali, integrate con quelle di ricerca atte a raccogliere informazioni su eventuali rischi per la salute.
I risultati del Progetto sono disponibili a tutti, decisori politici e cittadini e sono accessibili direttamente sul sito web dedicato, https://www.pulvirus.it/
Fonte: Istituto Superiore di Sanità (ISS)
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PULVIRUS
UNDERSTAND CORRELATION BETWEEN COVID19 AND POLLUTION
The PULVIRUS Project was born in the spring of 2020, in the midst of the COVID-19 pandemic crisis, from the scientific alliance between the National Agency for new technologies, Ente Nazionale Energie Alternative (ENEA), the Istituto Superiore di Sanità (ISS) and the Sistema Nazionale Protezione Ambientale (SNPA) composed of Istituto Superiore Protezione e Ricerca Ambientale (ISPRA) and the regional agencies of the Sistema Nazionale per la Protezione Ambientale. This is a national initiative that brings together the relevant sets of skills and data available to the three institutions, experiences and collaborations already underway; the objective is to refine the tools that the scientific community proposes to support environmental and health policies. The Project was divided into six main objectives which had the aim of examining the discussed link between air pollution and the spread of the pandemic, the physical-chemical-biological interactions between atmospheric dust and viruses, the effects of the “lockdown” on the atmospheric concentrations of pollutants and greenhouse gases.
Objective 1: Analysis of the effects of physical distancing measures during the period of the COVID19 pandemic: what the Italian monitoring stations say.
Objective 2: Evaluation across the entire national territory of the reduction in emissions and concentrations of air pollutants as a result of the introduction of measures to combat the spread of COVID-19.
Objective 3: Characterization of the chemical composition and size distribution of particulate matter.
Objective 4: Evaluation of the impact of reducing emissions on climate-changing gases.
Objective 5: Study on the physico-chemical-biological interactions between fine particles and viruses.
Objective 6: Recommendations for the treatment of particulate samples and preliminary assessments for the development of an early warning predictive model following the presence of traces of COVID-19 on atmospheric particulate matter and formation.
PULVIRUS had a two-year development period, just ending in October 2022; However, some significant results will be available in a few months: such as the feasibility analysis of an early warning system to be activated possibly before the next autumn season.
The ISS has played an active role in the PULVIRUS Governance Structure through participation as:
Steering Committee Member Dr. Laura Mancini
Member of the Scientific Technical Committee, Dr. Stefania Marcheggiani
Scientific manager Objective 6 Dr. Stefania Marcheggiani
Experts involved in Objective 6: L. Mancini, C. Puccinelli, A. D’angelo, F. Chiudioni, M.E. Soggiù, G. Settimo
Experts involved in Objectives 1: ME Soggiu, M Inglessis; 2: ME Soggiu; 3: G. Settimo and 5: S. Marcheggiani
In particular, with regard to Objective 6, two operational protocols for the collection, transport and conservation of environmental samples have been created, both in the outdoor and indoor environments to be used in emergency monitoring. The document relating to the structure of the early environmental warning predictive tool, the Early Warning System, was drawn up, based on the integration of environmental data, and on the presence of viral circulation in the air or other emerging or re-emerging biological contaminants in areas where they were already been registered. This proposal was based on environmental observations, integrated with research studies aimed at gathering information on possible health risks. The results of the Project are available to everyone, political decision-makers and citizens and can be accessed directly on the dedicated website, https://www.pulvirus.it/
Project PULVIRUS
Relationship between air pollution and the spread of the pandemic, physical-chemical-biological interactions between fine particles and viruses, the effects of the “lock down” on air pollution and greenhouse gases in Italy
Tipo di Finanziamento: Programmi Nazionali
Durata: da 24 Giugno 2020 a 23 Giugno 2022
Ruolo ENEA: Coordinatore
Laboratorio di riferimento: Direzione MET Sito Web del Progetto
Status: Concluso
Offrire a istituzioni e cittadini informazioni, risposte e indicazioni, sulla base di dati scientifici, competenze ed esperienze in tema di inquinamento atmosferico e COVID-19.
Nasce con questi obiettivi l’alleanza scientifica fra Ente Nazionale Energie Alternative (ENEA), Istituto Superiore di Sanità (ISS) e Sistema Nazionale per la Protezione Ambientale (SNPA, composto da ISPRA e dalle Agenzie Regionali del Sistema Nazionale per la Protezione dell’Ambiente) annunciata oggi con l’avvio di un progetto di ricerca congiunto denominato PULVIRUS.
Si tratta di un’iniziativa di respiro nazionale in raccordo con il Servizio pre-operativo nazionale in via di definizione “Qualità dell’Aria – Mirror Copernicus” e in stretto rapporto con il progetto europeo Life-Prepair sul bacino padano, che si propone di mettere a fattor comune rilevanti insiemi di dati, competenze ed esperienze in corso di cui dispongono le tre istituzioni e di verificare gli strumenti che la comunità scientifica si è data per supportare le policy ambientali e sanitarie.
In particolare il progetto vuole approfondire:
- il discusso legame fra inquinamento atmosferico e diffusione della pandemia;
- le interazioni fisico-chimiche-biologiche fra polveri sottili e virus;
- gli effetti del “lock down” sull’inquinamento atmosferico e sui gas serra.
Il progetto utilizzerà per lo studio di interazione fra particolato atmosferico e virus sia analisi “in silico”, ossia la riproduzione dell’interazione fra virus e particolato atmosferico mediante la simulazione matematica al computer, sia un modello biologico rappresentativo delle caratteristiche di SARS-CoV-2.
PULVIRUS si svilupperà sull’arco di un anno, ma fra pochi mesi saranno comunque disponibili alcuni risultati significativi, fra i quali l’analisi di fattibilità di un sistema di rivelazione precoce da attivare possibilmente prima della prossima stagione autunnale. Inoltre dati, modelli ed elaborazioni, rapporti e pubblicazioni verranno resi disponibili al pubblico e alla comunità scientifica nazionale attraverso un apposito sito web, costituendo una formidabile base di dati per gli studi successivi.
“Ciò che si è verificato con il lockdown è un evento eccezionale, e speriamo unico, e rappresenta un involontario esperimento di blocco delle sorgenti emissive, altrimenti non attuabile, che può dimostrare l’ampiezza e l’intensità delle misure da porre in essere per rispettare i limiti alle concentrazioni e fornire indicazioni per affrontare le cosiddette ‘emergenze smog’ che si ripresentano annualmente”, spiegano ENEA, ISS e SNPA.
Nello specifico, il Progetto parte dall’evidenza che l’introduzione delle misure di contrasto al COVID-19 ha causato riduzioni delle concentrazioni di alcuni inquinanti atmosferici, riscontrata dai dati delle reti di monitoraggio della qualità dell’aria. L’analisi preliminare indica che le concentrazioni degli inquinanti non seguono gli stessi andamenti, come è inevitabile che sia per fenomeni complessi e non lineari. La diminuzione delle concentrazioni di alcuni inquinanti come il biossido di azoto (NO2) sembra interessare maggiormente le stazioni di monitoraggio vicine al traffico veicolare e meno quelle lontane dalle sorgenti. Gli andamenti altalenanti della concentrazione del particolato dipendono dal ruolo che la variabilità meteorologica e le reazioni chimiche in atmosfera giocano nella sua formazione e dispersione.
L’obiettivo è quindi quello di effettuare un’analisi seria e approfondita su queste tematiche, fondata su protocolli scientifici verificabili, così da fornire a istituzioni e cittadini informazioni attendibili utili per la migliore comprensione dei fenomeni e l’assunzione delle opportune decisioni.
Fonte: Ente Nazionale per le Energie Alternative (ENEA)
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Offer institutions and citizens information, answers and indications, based on scientific data, skills and experiences on the subject of air pollution and COVID-19. With these objectives, the scientific alliance between ENEA, the Istituto Superiore di Sanità (ISS) and the National System for Environmental Protection (SNPA, composed of Istituto Superiore Protezione e Ricerca Ambientale (ISPRA) and the Regional Agencies of the National System for Environmental Protection) was born, announced today with the launch of a joint research project called PULVIRUS. This is a national initiative in conjunction with the national pre-operational service currently being defined “Air Quality – Mirror Copernicus” and in close relationship with the European Life-Prepair project on the Po river basin, which aims to to pool relevant sets of data, skills and ongoing experiences available to the three institutions and to verify the tools that the scientific community has developed to support environmental and health policies. In particular, the project aims to explore:
- the controversial link between air pollution and the spread of the pandemic;
- the physico-chemical-biological interactions between fine dust and viruses;
- the effects of the “lock down” on air pollution and greenhouse gases.
For the study of interaction between atmospheric particulates and viruses, the project will use both “in silico” analyses, i.e. the reproduction of the interaction between viruses and atmospheric particulates through mathematical computer simulation, and a biological model representative of the characteristics of SARS-CoV- 2. PULVIRUS will develop over the course of a year, but in a few months some significant results will still be available, including the feasibility analysis of an early detection system to be activated possibly before the next autumn season. Furthermore, data, models and calculations, reports and publications will be made available to the public and the national scientific community through a specific website, constituting a formidable database for subsequent studies.
“What occurred with the lockdown is an exceptional event, and hopefully unique, and represents an involuntary experiment in blocking emission sources, otherwise not feasible, which can demonstrate the breadth and intensity of the measures to be implemented to respect the concentration limits and provide indications to deal with the so-called ‘smog emergencies’ that recur annually”, explain ENEA, ISS and SNPA.
Specifically, the Project starts from the evidence that the introduction of measures to combat COVID-19 has caused reductions in the concentrations of some air pollutants, found by data from air quality monitoring networks. The preliminary analysis indicates that the concentrations of pollutants do not follow the same trends, as is inevitable for complex and non-linear phenomena. The decrease in concentrations of some pollutants such as nitrogen dioxide (NO2) seems to affect monitoring stations close to vehicular traffic more and less to those far from the sources. The fluctuating trends in particulate concentration depend on the role that meteorological variability and chemical reactions in the atmosphere play in its formation and dispersion. The objective is therefore to carry out a serious and in-depth analysis on these issues, based on verifiable scientific protocols, so as to provide institutions and citizens with reliable information useful for better understanding the phenomena and making appropriate decisions.
Source: National Agency for Alternative Energy (ENEA).
Dott. Alessio Brancaccio, tecnico ambientale Università degli Studi di L’Aquila, membro partecipante ordinario Fondazione Michele Scarponi Onlus, ideologo e membro del movimento ambientalista Ultima Generazione appartenente alla Rete Internazionale A22 in contrasto del Cambiamento Climatico in atto
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