Биомедицина практика

зывания и потенциальным лигандом назначаются доверительные счета, после чего лиганды ранжируются согласно их полным счетам.

«КомбиДОК» рассматривает каждый потенциальный лиганд как каркас, на котором расположены определенные функциональные группы. Сначала алгоритм предсказывает возможные варианты стыковки путем анализа расположения шаров (только тех, которые находятся на каркасе), после чего проверяет на совместимость отдельные функциональные группы, используя разнообразные сочетания вращений связей. Наконец, алгоритм производит стыковку и вычисляет общий счет комплекса.

Химические базы данных можно просматривать не только на соответствие участку связывания (поиск взаимодействий комплементарных молекул), но также и некоторому лиганду (поиск взаимодействий идентичных молекул). Известно несколько алгоритмов сравнения двумерных или трехмерных структур и построения профилей подобных молекул.

Установление трехмерной структуры мишени (рентгеноструктурный анализ, ЯМР-интраскопия) есть необходимое условие разработки соединения, которое должно или связываться с ней, или воздействовать на нее. Соединение выбирают из существующей библиотеки химических соединений путем комбинаторной стыковки структур. Опытные соединения из библиотеки поочередно состыковывают с активным участком молекулярной мишени (путем перебора вариантов комплементарной установки). Эта предварительная установка in silico сокращает число соединений, которые необходимо синтезировать и испытывать in vitro, так как базы данных содержат необходимые (для имитационного моделирования) описания химических свойств и методов синтеза соединений.

Анализ активных центров Специальный алгоритм имитационного моделирования тщательно

анализирует активный участок молекулярной мишени и выстраивает опытное соединение из отдельных фрагментов. Поверхность молекулярной мишени, которая должна взаимодействовать со снарядом, может быть окружена различными химическими средами, например, зонами гидрофобности, образования водородных связей или каталитической зоной. В эти области последовательно помещают фрагменты гипотетического соединения. Ориентация фрагментов дает ключи к пониманию конечной формы опытного соединения.

Для данного вида анализа активных участков применяют программы

GRID, GREEN, HISTE, HINT, BUCKTS и др. Иногда целая молекула сразу вписывается в рецепторный или активный участок. «ДОК» – программа, алгоритм которой построен по принципу «подгонки форм» (рис. 16, 17). Она перебирает все возможные способы подогнать лиганд к рецепторному уча-

71

стку. Участок связывания в молекуле рецептора или фермента содержит области образования водородных связей, а также гидрофобные области.

Первоначально программа помещает и ориентирует молекулупрототип в активном участке таким образом, чтобы картина была удовлетворительной с точки зрения соответствия, по крайней мере, части энергий связи. Затем последовательно добавляет и подгоняет дополнительные фрагменты до тех пор, пока не будет найдено соответствие всем энергиям связи. Программа «КЛИКС» (CLIX) моделирует варианты расположения точек активного участка и затем ищет в базе данных химические структуры, которые удовлетворяли бы такой имитации.

Программа КОСА («количественное отношение структура–активность»)

При разработке лекарственных препаратов опытные соединения оптимизируют путем добавления к молекулярному каркасу различных функциональных групп и проверки каждого производного соединения на его биологическую активность. Если на моделируемой молекуле есть несколько открытых позиций, которые можно заместить, то общее количество молекул, которые должны быть проверены во всестороннем отборочном анализе, является очень большим.

Синтез и отбор всех этих молекул потребовали бы значительных временных затрат и производственных усилий, – тем более что львиная доля молекул не обладала бы никакой полезной функцией. Оценка по КОСА позволит отобрать только те молекулы, которые с наиболее высокой вероятностью будут иметь полезную активность, и таким образом продвинуться к цели химического синтеза. КОСА означает «количественное отношение структура– активность» (Quantitative Structure-Activity Relationship, QSAR) и представляет собой выраженное в математической форме отношение, которое описывает взаимосвязь структуры молекулы с ее биологической активностью.

Рис. 16. Окно Hex: представление в виде проволочного каркаса. А – молекулы энзима RmlD (Rv3266c) и лиганда 1 lza до момента стыковки;

Б– очень тесный контакт молекул энзима RmlD (Rv3266c)

илиганда 1 lza после момента стыковки

72

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Электронный каталог Научной библиотеки ВГУ. – Режим доступа –

(http://www.lib.vsu.ru)

2.Глик Б. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. – М. : Мир, 2002. – 589 с.

3.Иллариошкин С.Н. ДНК-диагностика и медико-генетическое консультирование / С.Н. Иллариошкин. – М. : Медицинское информационное агентство, 2004. – 207 с.

4.Примроуз С. Геномика. Роль в медицине / С. Примроуз, Р. Тваймен. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. – 277 с.

5.Борисов Л.Б. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология / Л.Б. Борисов. – М. : Мед. информ. агентство, 2001. – 734 с.

6.Иллариошкин С.Н. ДНК-диагностика и медико-генетическое консультирование / С.Н. Иллариошкин. – М. : Медицинское информационное агентство, 2004. – 207 с.

7.Иммуноферментный анализ / ред. Т.Т. Нго, Г. Ленхофф. – М. : Мир,

1988.

8.Коничев А.С. Молекулярная биология / А.С. Коничев, Г.А. Сева-

стьянова. – М. : Academia, 2003. – 400 с.

9.Лопухов Л.В. Полимеразная цепная реакция в клинической микробиологической диагностике / Л.В. Лопухов, М.В. Эйдельштейн // Лабораторная диагностика (КМАX). – Т. 2, № 3.

10.Медицинская лабораторная диагностика (программы и алгоритмы) справочник / под ред. А.И. Карпищенко. – СПб. : Интермедика, 1997. – 304 с.

11.Медицинские лабораторные технологии и диагностика: справочник :

в 2 т. / под ред. А.И. Карпищенко. – СПб. : Интермедика, 1999. – Т. 2. – 656 с. 12. Молекулярная клиническая диагностика. Методы / под ред.

С. Херрингтона, Дж. Макги. – М. : Мир, 1999. – 558 с.

13.Игнасимуту С. Основы биоинформатики / С. Игнасимуту. – М.- Ижевск : НИЦ «Регуляторная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2007. – 320 с.

14.Бородовский М. Задачи и решения по анализу биологических последовательностей / М. Бородовский, С. Екишева. – М.-Ижевск : НИЦ «Регуляторная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследова-

ний, 2008. – 440 с.

Т.И. Субботина, А.А. Яшин. – М. : Горячая линия. – Телеком, 2005. – 272 с.

74

Учебное издание

Сафонова Ольга Анатольевна, Агарков Александр Алексеевич, Лущик Марина Валерьевна, Семенихина Анастасия Владимировна, Попова Татьяна Николаевна, Рахманова Татьяна Ивановна

МОЛЕКУЛЯРНАЯ

БИОМЕДИЦИНА

Часть 2

Учебное пособие для вузов

Редактор И.Г. Валынкина Компьютерная верстка Е.Н. Комарчук

Подписано в печать 23.12.2014. Формат 60×84/16 Усл. печ. л. 4,3. Тираж 50 экз. Заказ 638

Издательский дом ВГУ 394000, г. Воронеж, пл. Ленина, 10

Отпечатано в типографии Издательского дома ВГУ 39400, г. Воронеж, ул. Пушкинская, 3

75