МОСКВА, 25 апр – РИА Новости. Ученые из Московского физтеха научились предсказывать то, как молекулы лекарств и ядов взаимодействуют с клеточной мембраной, что позволяет предсказывать то, как эти вещества будут влиять на работу организма, не подвергая его действию токсинов, говорится в статье, опубликованной в Journal of Chemical Theory and Information.
"Особенность нашего метода в том, что он обеспечивает полное численное описание изменений в молекуле. Мы можем отслеживать положение сразу всех атомов, при этом каждому варианту структуры присваивается значение, которое можно использовать для статистического анализа", — заявил ведущий автор исследования Иван Гущин из Московского Физико-Технического института в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба ВУЗа.
Гущин и его коллеги предложили простое и быстрое решение для одной из ключевых проблем молекулярной биологии – поиска ответа на вопрос о том, как молекулы разной формы и конфигурации будут взаимодействовать с оболочкой клеток человека, бактерий и других живых существ.
Моделировать поведение биологических молекул крайне затруднительно, поскольку нужно описывать движение каждого ее атома — даже для небольшой молекулы из 54 атомов получится 156 наборов чисел. Огромные массивы информации, полученные в результате моделирования, сложно и долго обрабатывать и интерпретировать. Сегодня ученые даже подключают для решения таких задач "коллективный разум" в виде десятков тысяч компьютеров добровольцев, участвующих в распределенных сетях вычислений вроде Folding @ Home.
Группа Гущина нашла способ значительно упростить анализ результатов моделирования, при этом почти не потеряв в точности описания движения. Ученые из МФТИ использовали для обработки данных метод главных компонент — способ обработки, который выделяет из данных наиболее существенные. Это в 10 раз сократило объем данных, а точность снизилась лишь на 10%.
Метод был проверен на липидной молекуле DOPC (диолеоилфосфатидилхолин), хорошо изученной экспериментально. Оказалось, что для описания движения молекулы из 54 атомов достаточно всего 14 "компонент", то есть совместных движений какой-то группы атомов в молекуле. Одна из компонент, к примеру, отвечает за движение двух "хвостов” у молекулы DOPC в разные стороны, наподобие ножниц.
Из молекул липидов строится клеточная мембрана, а любые молекулы, чтобы подействовать на клетку, должны преодолеть её. Поэтому изучение поведения липидов с точностью до отдельных атомов поможет "не вставая из-за компьютера" предсказывать влияние лекарств, токсинов на клетки и организм в целом, а следовательно, значительно ускорить поиск новых лекарственных веществ и испытания препаратов. Помимо этого моделирование может помочь в исследовании механизмов старения, механизм которого, по некоторым предположениям, связан с изменением структуры мембран клеток.
