Што такое хемаінфарматыка і як яна дапамагае ў адкрыцці новых лекаў?

Ці ведаеце вы, што адкрыццё новага лекавага сродку займае ад 10 да 15 гадоў і каштуе мільярды долараў? Колькасць часу, грошай і намаганняў, якія ўкладваюцца ў гэта, велізарная, але ўсё гэта змяняецца дзякуючы навуковай дысцыпліне, вядомай як хемаінфарматыка.Што гэта такое і як гэта дапамагае адкрываць новыя лекіАдказ такі ж захапляльны, як і складаны, і ў гэтай публікацыі мы растлумачым яго простай мовай.

Што такое хімічная інфарматыка? Захапляльнае зліццё хіміі і інфарматыкі

Каб зразумець Што такое хімічная інфарматыка?Уявіце, што вам трэба знайсці ўнікальны ключ, які адчыняе надзвычай складаны замок. Але ключ схаваны сярод гары з дзесяці мільярдаў розных ключоў. Якая задача! Ці можаце вы ўявіць, колькі часу і намаганняў спатрэбіцца, каб уручную знайсці і паспрабаваць кожны ключ па чарзе?

Фармацэўтычная прамысловасць сутыкаецца з гэтай манументальнай праблемай. Замак уяўляе сабой бялок, які выклікае захворванні, а ключ — хімічную малекулу, якую можна пераўтварыць у лекі. Дзесяцігоддзямі... Эксперты выкарыстоўвалі «ручныя» сістэмы для пошуку кожнага новага прэпарата, укладваючы сапраўды велізарную колькасць часу, грошай і намаганняў.

Вяртаючыся да аналогіі, уявіце, што ў вас цяпер ёсць інтэлектуальная сістэма Яна здольная адразу выключыць дзевяць з дзесяці ключоў, якія не падыходзяць. Сістэма таксама дапамагае прадказаць, якія ключы маюць найбольш перспектыўную форму, сабраць іх і сартаваць па групах. Выдатна! У гэтым, па сутнасці, і заключаецца магія хімічнай інфарматыкі.

Што такое хімічная інфарматыка? Паводле партала PubMed, «гэта галіна інфармацыйных тэхналогій, якая сканцэнтравана на зборы, захоўванні, аналізе і маніпуляцыі хімічнымі дадзенымі». Гэта навуковая дысцыпліна выкарыстоўвае метады інфарматыкі і навукі аб дадзеных для вырашэння складаных задач у хімііУ першую чаргу ён сканцэнтраваны на распрацоўцы лекаў, але таксама мае прымяненне ў розных сектарах (аграхімікаты, харчовая прамысловасць і г.д.).

Два фундаментальныя слупы: дадзеныя і алгарытмы

Каб зразумець, як працуе хімічная інфарматыка, трэба пагаварыць пра яе два асноўныя кампаненты: хімічныя дадзеныя, з аднаго боку, і алгарытмы і мадэлі, з іншага боку. Апошнія выкарыстоўваюцца для апрацоўкі хімічных дадзеных і, такім чынам, атрымання карыснай інфармацыі, якая дазваляе аптымізаваць распрацоўку лекаў. Для гэтага спачатку неабходна алічбаваць усе дадзеныя, звязаныя з кожным існуючым хімічным злучэннем.

Такім чынам, усё пачынаецца з лічбавізацыя малекулІх можна прадставіць у лічбавым выглядзе з дапамогай спецыяльных фарматаў (напрыклад, файлаў SMILES, InChI або SDF), якія камп'ютар можа зразумець і апрацаваць. Вядома, гаворка ідзе не пра простыя малюнкі: гэтыя файлы кадуюць такую ​​інфармацыю, як атамы, іх сувязі, іх трохмерная структура, электрычны зарад, фізічныя ўласцівасці і г.д. Гэта прывяло да існавання гіганцкіх баз дадзеных, якія захоўваюць мільёны малекул, як прыродных, так і сінтэтычных.

• Пасля таго, як хімічныя злучэнні з усімі іх характарыстыкамі будуць пераведзены ў лічбавы фармат, да іх можна будзе прымяніць вылічальныя інструменты.
• Вось што такое хімічная інфарматыка: прымяненне хімічных дадзеных статыстыка, машыннае навучанне, штучны інтэлект, аналіз дадзеных і метады распазнавання вобразаў.
• Усе гэтыя алгарытмы і мадэлі значна паскараюць аналіз такой велізарнай колькасці дадзеных, з канчатковай мэтай распрацоўкі лекаў.

Як хімічная інфарматыка дапамагае адкрываць новыя лекі

Па сутнасці, хімічная інфарматыка займаецца наступным аптымізаваць кожны этап працэсу адкрыцця і распрацоўкі лекаўВарта адзначыць, што гэты працэс — доўгі і складаны цыкл, які можа заняць ад 10 да 15 гадоў і каштаваць мільярды долараў. Але значная частка гэтых намаганняў была значна спрашчана дзякуючы аб'яднанню хіміі і інфарматыкі. Давайце паглядзім, як гэта магчыма на ранніх стадыях распрацоўкі лекаў:

Этап 1: Адкрыццё і даследаванне

Каб стварыць лекі, навукоўцы спачатку даследуюць прычыну хваробы. У межах гэтай прычыны, Яны вызначаюць біялагічную мішэнь або задачу (напрыклад, бялок або ген), якую можна змяніць для лячэння хваробы.На гэтым этапе хімічная інфарматыка дапамагае вызначыць, ці з'яўляецца мішэнь «леказдольнай», гэта значыць, ці мае яна болт (вяртаючыся да пачатковай аналогіі), у якой увесці ключ (малекулу), каб паспрабаваць яе мадыфікаваць.

Акрамя таго, метады апрацоўкі дадзеных таксама дапамагаюць ідэнтыфікаваць і ствараць малекулы-кандыдаты (зв'язкі ключоў), якія маглі б узаемадзейнічаць з мішэнню. Замест фізічнага тэставання мільёнаў злучэнняў, віртуальны скрынінг у велізарных базах дадзеных, каб вызначыць найлепшых кандыдатаў. Такім чынам, тое, што раней займала два-чатыры гады, цяпер робіцца значна хутчэй і з меншымі выдаткамі грошай і намаганняў.

Этап 2: Даклінічная фаза

На даклінічнай фазе найбольш перспектыўныя злучэнні выбіраюцца і старанна вывучаюцца для ацэнкі іх бяспекі і эфектыўнасці. Гэтыя даследаванні звычайна праводзяцца як у прабірцы (на клетках і тканінах) як у натуральных умовах (у жывёл). Але, Хемаінфарматыка дазваляе мадэляваць усе гэтыя даследаванні у сіліконегэта значыць, на кампутары, і з вынікамі, вельмі падобнымі да лабараторных выпрабаванняў. Натуральна, гэта эканоміць рэсурсы і час, а таксама дазваляе пазбегнуць сінтэзу сотняў бескарысных варыянтаў.

Этап 3: Фазы клінічных выпрабаванняў

Калі даклінічныя даследаванні будуць паспяховымі, злучэнне будзе праведзена для выпрабаванняў на людзях. Вядома, такое злучэнне можа быць вельмі эфектыўным у прабірцы або ў лічбавым мадэляванні. Але калі арганізм чалавека не засвойвае яго, яно таксічнае або печань занадта хутка метаболізуе яго, гэта будзе няўдалы прэпарат. Таму перад выпрабаваннямі на людзях неабходна правесці Тэст прагназавання ўласцівасцей ADMET, які вымярае адсорбцыю, размеркаванне, метабалізм, вывядзенне і таксічнасць злучэння ў арганізме чалавека.

На шчасце, Хімікаінфарматычныя мадэлі таксама могуць праводзіць тэсты прагназавання ўласцівасцей ADMET.Гэта можна зрабіць яшчэ да выпрабаванняў злучэння на жывёлах, каб выключыць праблемныя кандыдаты на ранняй стадыі. Зноў жа, правядзенне такіх лічбавых мадэляванняў памяншае колькасць няўдалых клінічных выпрабаванняў, а таксама неабходнасць выкарыстання ўдзельнікаў выпрабаванняў (і вынікаючы з гэтага этычны ўплыў).

У заключэнне мы ў агульных рысах разгледзелі, што такое хемаінфарматыка і як яна дапамагае ў адкрыцці новых лекаў. Маштабаванасць гэтай навуковай дысцыпліны велізарная., таму ў будучыні чакаецца больш лепшых вынікаў. Спалучаючы моц хіміі з вылічальным інтэлектам, адкрываецца цэлы сусвет магчымасцей для больш хуткага, дакладнага і эканамічнага лячэння хвароб.