Кіріспе

фильмді тарату стратегиясы [[File:FlowChart. 1- сурет. Виртуалды скринингтің диаграммасы Виртуалды скрининг "компьютерлік бағдарламаларды қолдану арқылы өте үлкен қоспалар кітапханаларын автоматты түрде бағалау" ретінде анықталды. Бұл анықтамадан көрініп тұрғандай, VS негізінен сандар ойыны болды, онда 1060-тан астам мүмкін қосылыстардың химиялық кеңістігін синтездеуге, сатып алуға және сынауға болатын басқаруға болатын санға қалай сүзгілеуге болады. Бүкіл химиялық ғаламды іздеу теориялық қызықты мәселе болуы мүмкін, бірақ практикалық VS сценарийлері мақсатты комбинаторлық кітапханаларды жобалауға және оңтайландыруға және үйдегі қосылыстар қоймаларынан немесе жеткізушілердің ұсыныстарынан қол жетімді қосылыстар кітапханаларын байытуға бағытталған. Әдістің дәлдігі артқаны үшін виртуалды скрининг дәрілерді анықтау процесінің ажырамас бөлігіне айналды. Осы беттің қалған бөлігі Виртуалды скринингтің 1-суреттегі диаграммасын көрсетеді.

Лиганд негізіндегі әдістер

Рецепторға байланатын құрылымдық жағынан әртүрлі лигандтар жиынтығын ескере отырып, лигандтардың осындай жиынтығында қамтылған ұжымдық ақпаратты пайдалану арқылы рецептордың моделін құруға болады. Әр түрлі есептеу әдістері олардың белгілі бір молекулалық рецепторларға немесе жасушалық желілерге қарсы әрекет ету тәсілін білдіретін әр түрлі лиганттардың құрылымдық, электронды, молекулалық пішіні мен физикалық-химиялық ұқсастықтарын зерттейді. Кандидат лигандты фармакофор моделімен салыстыру арқылы оның онымен үйлесімділігін және сондықтан байланысу ықтималдығын анықтау мүмкін. Әрекетті лигандтарды табу үшін деректер базасын сканерлеу үшін әртүрлі 2D химиялық ұқсастық талдау әдістері қолданылды. Лигандқа негізделген виртуалды скринингте қолданылатын тағы бір танымал тәсіл белгілі активтерге ұқсас пішінді молекулаларды іздеуден тұрады, өйткені мұндай молекулалар нысананың байланысу орнына сәйкес келеді, сондықтан нысананы байлау ықтимал. Әдебиетте осы әдістердің бірқатар перспективалық қолданулары бар. Осы 3D әдістердің фармакофоралық кеңейтулері веб-серверлер ретінде тегін қол жетімді. Сонымен қатар, пішінге негізделген виртуалды скрининг едәуір танымал болды.

Құрылымға негізделген әдістер

Құрылымға негізделген виртуалды скрининг әдісі зерттеу жүргізілген белсенді лигандтардың молекулалық нысанасы болып табылатын рецептордың құрылымын қарастыратын әртүрлі есептеу әдістерін қамтиды. Бұл әдістердің кейбіреулеріне молекулалық докинг, құрылымға негізделген фармакофор болжамы және молекулалық динамика симуляциялары жатады. Қазіргі уақытта болашақ виртуалды скринингке бағытталған кейбір веб-серверлер бар.

Гибридті әдістер

Дәстүрлі VLS тәсілдерінің шектеулілігін жеңу үшін құрылымдық және лигандтық ұқсастыққа негізделген гибридтік әдістер де әзірленді. Бұл әдістер эволюцияға негізделген лигандты байлау ақпаратын пайдаланады, ол кіші молекулалы байлаушыларды болжауға мүмкіндік береді және жалпы құрылымдық ұқсастық пен қалталық ұқсастықты қолдана алады. Бұл әдістің болжамы тәжірибелік тұрғыда бағаланды және белсенді шағын молекулаларды анықтауда жақсы байытуды көрсетеді. Жоғарыда көрсетілген әдіс жалпы құрылымдық ұқсастыққа байланысты және ол қызығушылық тудыратын белоктың белгілі бір лигандты байлау орнын алдын ала таңдауға мүмкіндік бермейді. Сонымен қатар, әдістер лигандтардың 2D ұқсастығын бағалауға негізделгендіктен, олар едәуір әртүрлі, бірақ геометриялық пішін ұқсастығын көрсететін шағын молекулалардың стереохимиялық ұқсастығын тани алмайды. Осы мәселелерді шешу үшін, жаңа қаптамаға бағытталған PoLi әдісі әзірленді және тәжірибелік тұрғыда бағаланды, ол холо-белок шаблондарындағы белгілі бір байлау қалталарын нысанаға алады.

Есептеу инфрақұрылымы

Көптеген виртуалды скрининг бағдарламаларының жұмыс істеуінің алғышарты болып табылатын атомдар арасындағы жұптық өзара әрекеттесуді есептеу , N - жүйедегі атомдар саны. Квадраттық масштабтауға байланысты есептеу шығындары тез өседі.

Лиганд негізіндегі әдіс

Лигандқа негізделген әдістерде, әдетте, бір құрылымды салыстыру операциясы үшін секундының бөлшек бөлігі қажет. Кейде бірнеше сағат ішінде үлкен скрининг жүргізуге бір ғана процессор жеткілікті. Алайда, қосылыстардың үлкен дерекқорын өңдеуді жеделдету үшін бірнеше салыстыруды қатар жүргізу мүмкін.

Құрылымға негізделген тәсіл

Тапсырманың көлемі жұмысты басқару үшін Sun Grid Engine немесе Torque PBS сияқты топтық кезек процессорларын іске асыратын Linux жүйелерінің кластері сияқты қатарлы есептеу инфрақұрылымын қажет етеді. Үлкен жинақталған кітапханалардан кірісті өңдеу құралы қажет. Бұл үшін әр түрлі есептеу тораптарына қатарлас қосылыстарды жеткізу арқылы қатарлас кластер сұранысқа ие болатын құрама деректер қорының түрі қажет. Коммерциялық деректер базасының қозғалтқыштары тым ауыр болуы мүмкін, ал Беркли DB сияқты жоғары жылдамдықты индекстеу қозғалтқышы жақсы таңдау болуы мүмкін. Сонымен қатар, әрбір жұмысты бірде-бір салыстыру тиімді болмауы мүмкін, өйткені кластерлік тораптардың өсу уақыты пайдалы жұмыстың көлемінен оңай асып түседі. Бұл мәселені шешу үшін әр кластерлік жұмыста қоспаларды топтап өңдеу керек, нәтижелерді бір түрдегі журнал файлына жинақтау керек. Екінші процесс, журнал файлдарын өңдеу және жоғары балл жинаған үміткерлерді шығару, бүкіл эксперимент жүргізілгеннен кейін орындалуы мүмкін.

Дұрыс

Виртуалды скринингтің мақсаты макромолекулалық нысанаға байланатын жаңа химиялық құрылымдағы молекулаларды анықтау болып табылады. Сонымен, виртуалды экранның табыстылығы жалпы санынан гөрі қызықты жаңа эшафоттарды табу тұрғысынан анықталады. Сондықтан виртуалды скринингтің дәлдігін түсіндіруге мұқият қарау керек. Қызықты ілмектердегі төмен нәтижелер жоғары нәтижелерге қарағанда жақсырақ. Әдебиеттегі виртуалды скрининг зерттеулерінің көпшілігі ретроспективті. Бұл зерттеулерде ВС техникасының тиімділігі оның қызығушылық тудыратын нысанаға (белсенді молекулалар немесе тек белсенділер) жақындықты бар бұрын белгілі молекулалардың шағын жиынтығын, белсенді емес немесе тұзақтардың әлдеқайда жоғары үлесін қамтитын кітапханадан алу қабілетімен өлшенеді. Далмандарды таңдауға бірнеше түрлі тәсілдер бар, олар сәйкес активті молекулалардың қасиеттеріне сәйкес келеді, ал жақында алдаулар да сәйкес келмейтін тәсілмен таңдалады. Сонымен қатар, оқыту немесе сынақ мақсатындағы әуендерді таңдаудың нақты әсері талқыланды. Керісінше, виртуалды скринингтің перспективалық қолдануында алынған нәтижелер эксперименттік растауға (мысалы, IC50 өлшеулері) жатады. Ретроспективті эталондық көрсеткіштер болашақ нәтижелерді жақсы болжаушы емес екендігі туралы консенсус бар, сондықтан болашақ зерттеулер ғана белгілі бір мақсатқа арналған әдістің жарамдылығын дәлелдейтін дәлел болып табылады.

Дәрілік препараттарды зерттеуге қолдану

Виртуалды скрининг - дәрілік химияның бастауы ретінде әсерлі молекулаларды анықтау үшін өте пайдалы. Виртуалды скрининг әдісі дәрілік химия өнеркәсібінде маңызды және маңызды техникаға айнала бастағандықтан, бұл тәсіл тез өсе бастады.

Лиганд негізіндегі әдістер

Құрылымын білмеу арқылы лигандтардың рецептормен қалай байланысатынын болжауға тырысады. Фармакофордың көмегімен әр лигандтың доноры мен акцепторлары анықталады. Теңестіру белгілері бір-біріне жабылады, бірақ дұрыс шешімнің болуы екіталай.

Фармакофор үлгілері

Бұл әдіс іздеу нәтижелерін біріктіру кезінде әртүрлі эталондық қосылыстарды, бірдей дескрипторларды және коэффициенттерді, бірақ әртүрлі белсенді қосылыстарды пайдалану арқылы қолданылады. Бұл әдіс тиімді, өйткені ол әртүрлі активтерге қатысты ең дәл өнімділікпен бірге бір ғана эталондық құрылымды пайдаланудан тиімді. Ол бірнеше қатты молекулаларға ие болуы керек және лигандтар әртараптандырылуы керек, басқаша айтқанда, байланыстыру кезеңінде пайда болмайтын әртүрлі ерекшеліктерге ие болу керек. Ол шағын органикалық молекулалардың молекулалық көлемін анықтау үшін Гаусс функциясын қолданады. Сұрау салу конформациясының таңдауы маңызды емес, формаға негізделген скрининг лигандқа негізделген модельдеу үшін идеалды: Сұрау салу үшін биоактивті конформацияның болуы скрининг үшін шектейтін фактор емес, бұл сұрау құрамының таңдауы. SAR (құрылымдық белсенділік қатынасы) деректер сапалық өңделген және құрылымдық сыныптармен және бірден көп байлау режимдерімен қолданылуы мүмкін. Модельдер қорғасынды табу үшін қоспаларға басымдық береді. Бұл модельдер қосылыстың белсенді болу ықтималдығын табады, содан кейін әрбір қосылысты оның ықтималдығына сәйкес жіктейді.

Рекурсивті бөліктеу

Рекурсивті бөлу - бұл сапалық деректерді пайдалана отырып, шешім ағашын құру әдісі. Қалыптардың сыныптарды дұрыс жіктеу қателігімен қалай бөлетінін түсіну, әр қадамды ақылға қонымды бөліктерді таппайтынша қайталау. Алайда, рекурсивті бөлуде болжау қабілеті нашар болуы мүмкін, бұл бірдей жылдамдықпен жақсы модельдерді құруға мүмкіндік береді.