Лекарства поручили изобрести компьютеру

Вот так компьютер подбирает узелки химических элементов, чтобы соединить их в новое лекарство
Фото: open-dubna.ru

Ученые из Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ разработали программный пакет Knodle для определения связей и степени связи в молекулах. Эта компьютерная программа упрощает один из этапов разработки новых лекарств.

Описание разработки опубликовано в журнале Chemical Information and Modeling .

Разработку лекарственных препаратов с заранее заданными свойствами называют драг-дизайном. Причина болезни обычно кроется в нарушении работы каких-то белков и генов, их кодирующих.  В драг-дизайне это называют мишенью. Если лекарство противовирусное, то оно должно мешать вирусам встраивать свой геном в человеческий. Тогда мишенью будет уже белок вируса. Структура встраивающегося белка вируса известна, и даже известно, какое место у него самое важное – сайт связывания. Если вставить в сайт связывания «затычку» в виде определенной молекулы химического соединения, то белок не сможет “вживиться” в геном человека, и вирус умрет. Получается, находишь «затычку» – будет у тебя лекарство от болезни.

Но как найти нужные молекулы? Для их отбора из баз веществ есть специальные программы, которые оценивают место и силу с которой сможет прицепиться молекула-«затычка» к белку. Но в базах есть только форма вещества, а для адекватной оценки программам требуется еще информация о состоянии всех атомов и соединений в молекуле. Определением этих состояний и занимается разработанная исследователями МФТИ компьютерная система Knodle.

С помощью новых технологий можно сузить область поиска в тысячу раз – до сотни веществ. Эту сотню легко проверить и получить, например, Ралтегравир — лекарство, с 2011 года активно используемое для профилактики ВИЧ.

Принцип действия пакета Knodle

Вот так компьютер подбирает узелки химических элементов, чтобы соединить их в новое лекарство

Органические вещества схематически выглядяд как фигуры из букв-узелков, соединенных палочками. Каждая палочка - это электронная связь, которая подчиняется законам квантовой химии. В случае простой молекулы опытный химик интуитивно чувствует, какими должны быть гибридизации (варианты соединений узлов молекулы),  и за несколько часов кропотливой работы со справочниками он сможет восстановить в ней все связи. Он может это делать, потому что видел сотни и сотни похожих соединений и знает, что если кислород — «вот так вот торчит» — то скорее всего он связан двойной связью. В своей работе аспирантка МФТИ Мария Кадукова и научный сотрудник лаборатории структурной биологии рецепторов, сопряжённых с G белком, МФТИ Сергей Грудинин решили доверить химическую интуицию компьютеру, используя для этого технологии машинного обучения.

В машинном обучении самый лучший алгоритм – самый простой из работающих. Поэтому исследователи выбрали нелинейный метод опорных векторов (SVM), который себя зарекомендовал в распознавании рукописного текста и изображений. На входе компьютеру давали расположения соседних атомов, а на выходе получали гибридизацию.

Ученые составили обучающие примеры из 7605 соединений с известной структурой и состояниями атомов. «В этом кроется решающая сила разработанного пакета, так как при обучении результат распознавания лучше на большей базе. Сейчас Knodle находится на шаг впереди подобных себе программ: он допускает   всего 3.9% ошибок, тогда как ближайший конкурент 4.7%», — объясняет Мария Кадукова. И это не единственное преимущество. Программный комплекс легко изменять под конкретную задачу. Например, в данный момент Knodle не работает с веществами, содержащими металлы, потому что эти соединения относительно редки. Но если окажется, что лекарство от Альцгеймера будет заметно эффективней, если в нем будет металл, то для адаптации программы потребуется лишь набрать базу с металлическими соединениями. Поэтому остается только догадываться, для какой неизлечимой на данный момент болезни найдут лекарство, используя этот инструмент.

 

Автор: Анна Дзарахохова
 
По теме
28 марта в Центре детского творчества (здание "Одиссея") в формате литературной гостиной прошёл заключительный этап муниципального конкурса литературного творчества "Плетение словес" в рамках открытого детско-юношеского
 Ректор Московского государственного института культуры Екатерина Леонидовна Кудрина посетила крупнейшую российскую ярмарку современного искусства «Art Russia» и международный арт-форум,
МЧС России в гостях у воспитанников детского сада в Щелково - ГУ МЧС МО Сотрудники отдела надзорной деятельности и профилактической работы по городского округу Щёлково совместно с сотрудниками Щёлковского пожарно-спасательного гарнизона провели занятие с воспитанниками Детского Сада №20 «Щел
ГУ МЧС МО
Экскурсия для школьников в пожарный отряд: новые знания и положительные эмоции - Администрация с.п.Воскресенское Работники Пожарно-спасательного центра столицы стараются провести каждое профилактическое мероприятие интересно и содержательно, а главное обучают ребят правилам пожарной безопасности и безопасности на воде в весенний период.
Администрация с.п.Воскресенское
Выставка «TransRussia 2024». - Институт непрерывного образования Выставка «TransRussia 2024». 🎓Преподаватели ДИНО Анохина Н.М. и Баринова Е.В.
Институт непрерывного образования
«Житель г. Зарайска осужден за вождение автомобиля в состоянии алкогольного опьянения» Зарайский городской суд вынес обвинительный приговор по уголовному делу в отношении В. Он осужден за совершение преступления,
Город Зарайск
Работают прекрасные специалисты - Газета Встреча Отделению детской хирургии Дубненской больницы исполнилось 3 года. Оно было открыто в марте 2021 года в условиях нового хирургического центра Дубненской больницы.
Газета Встреча
В Московскую областную детскую клиническую травматолого-ортопедическую больницу (МОДКТОБ) бригадой скорой помощи был доставлен 5-летний мальчик с сильными болями в области бедра.
MosRegToday.Ru
В Долгопрудном прошла коллегия по вопросам парковочного пространства - Единая Россия Долгопрудный Секретарь местного отделения партии «Единая Россия», глава г.о. Долгопрудный Владислав Юдин провел коллегию, темой которой стала острая для городского округа проблема - брошенные машины во дворах.
Единая Россия Долгопрудный
ПЕВЕЦ МАЛОЙ РОДИНЫ - Газета Видновские Вести Любители поэзии хорошо знают, что певец природы Подмосковья Евгений Зубов, которого часто называют Есениным Видновского края, родился 26 марта 1942 года, жил в дер.
Газета Видновские Вести