Разработка лекарств компьютерным моделированием

Ученый из университета штата Огайо Ченглонг Ли на основании своего исследования предложил новый путь разработки лекарственных препаратов, который основан на компьютерном моделировании белковых структур.

Ученые нашли методом проб и ошибок, как из лекарственных препаратов с помощью мощных компьютеров выявлять молекулярные структуры, которые имеют наибольший потенциал и будут служить в качестве основы для новых лекарств. Большинство препаратов предназачены для воздействия на белки, которые каким-то образом видоизменяются в развитии, что приводит к повреждениям и болезням в организме. Активный инградиент в этих препаратах как правило является одна молекула, которая может взаимодействовать с белком, чтобы остановить его неверное поведение.

Поиск такой молекулы, однако не простая задача. Идеально, если будет формироваться и конфигурироваться таким образом, что позволяет ей связыватся с белком в так называемых “горячих точках” на поверхности белка – и чем больше “горячих точек” связывется, тем больший потенциал эта молекула имеет для терапии. Чтобы достичь этого, большинство молекул препарата, состоит из элементов, называемых фрагментами, которые связаны между собой при помощи химических связей.

Молекула идеального препарата для конкретного повреждения белка должна быть комбинацией фрагментов, которые связываются в каждой горячей точке наилучшим способом. Предыдущие методы выявления этих молекул основаны на поиске фрагментов, которые могут присоединяться к одной горячей точке за один раз. Поиск структур, которые присоединяются одновременно ко всем горячим точкам, требует много времени и достигается методом проб.

Исследователи из университета штата Огайо использовали компьютерное моделирование для определения молекулярных фрагментов, которые присоединяются одновременно к нескольким горячим точкам белка. Этот способ является новым путем стратегического отбора на основе фрагментов. “Мы используем большие вычислительные мощности, которые имеются в нашем распоряжении, чтобы найти наилучшие фрагменты и связать их вместе”, говорит Ченглонг Ли, доцент кафедры медицинской химии и фармакогнозии Огайского университета и главный автор детального исследования этой работы.

Ли сравнивает поиск молекулярных фрагментов с полетом птиц в воздухе в поисках пищи на земле: на поверхности белка. В рамках этого способа он создает компьютерные программы, которые напоминают этих птиц – или молекулярных фрагментов – для нахождения первоначального места нахождения пищи, или другими словами горячей точки белка. Алгоритм основан на вычислительном методе называемом оптимизация роя частиц. “Каждая птица может видеть свой участок ландшафта, но они могут информировать друг друга о том, что видят и таким образом находить пищу для всей стаи,” объясняет Ли. Вот также работает и этот метод. Каждый фрагментподобен одной птице ищущей пищу на поверхности земли. И таким образом мы размещаем фрагменты и получаем наилучшее сочетание фрагментов для конкретного белка”.

Ли убедился, что способ работает путем сравнения молекулярной структуры созданной им с молекулярной базовой структурой лекарства для лечения рака. “Мой метод реконструирован и уже используется фармацевтическими компаниями”, говорит он. “В будущем мы будем применять этот метод с целью поиска белка для болезней, которые еще сложно лечить имеющимися в настоящее время средствами”.

Результаты исследования скоро появятся в издании “Журнал вычислительной химии”.

Компьютерная модель поиска новых лекарственных препаратов требует огромных вычислительных мощностей. Уже сейчас Ли и его коллеги задействуют в своем проекте две группы из десятков компьютеров: одну в колледже штата Огайо, а вторую в Центре суперкомпьютеров Огайо.

Самое примечательное, что в результате своих исследований Ли уже использовал этот метод индетификации молекул, которые связаны с известными канцерогенными белками.