Введение

стратегия распространения фильма. Пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг-пинг Виртуальный скрининг определяется как "автоматическая оценка очень больших библиотек соединений" с использованием компьютерных программ. Как предполагает это определение, ВС в значительной степени была игрой в числа, фокусирующейся на том, как огромное химическое пространство из более чем 1060 возможных соединений может быть отфильтровано до управляемого числа, которое может быть синтезировано, куплено и протестировано. Хотя поиск всей химической вселенной может быть теоретически интересной проблемой, более практические сценарии VS сосредоточены на разработке и оптимизации целевых комбинаторных библиотек и обогащении библиотек доступных соединений из собственных хранилищ соединений или предложений поставщиков. По мере повышения точности метода виртуальный скрининг стал неотъемлемой частью процесса обнаружения лекарств. Остальная часть этой страницы будет отражать график потока виртуального скрининга на рисунке 1.

Методы на основе лигандов

При наличии набора структурно разнообразных лигандов, которые связываются с рецептором, модель рецептора может быть построена путем использования коллективной информации, содержащейся в таком наборе лигандов. Различные вычислительные методы исследуют структурную, электронную, молекулярную форму и физико-химические сходства различных лигандов, которые могут подразумевать их способ действия против конкретного молекулярного рецептора или клеточных линий. Затем можно сравнить лиганд-кандидат с фармакофорной моделью, чтобы определить, совместим ли он с ней и, следовательно, способен ли связываться. Для сканирования баз данных для поиска активных лигандов использовались различные методы анализа химической сходства 2D. Другой популярный подход, используемый в виртуальном скрининге на основе лигандов, заключается в поиске молекул с формой, похожей на форму известных активных веществ, поскольку такие молекулы будут соответствовать месту связывания цели и, следовательно, могут связываться с целью. В литературе есть ряд потенциальных применений этого класса методов. Фармакофорические расширения этих 3D-методов также свободно доступны в виде веб-серверов. Также значительную популярность приобрела виртуальная скрининг на основе формы.

Методы, основанные на структуре

Подход виртуального скрининга на основе структуры включает в себя различные вычислительные методы, которые учитывают структуру рецептора, являющегося молекулярной мишенью исследуемых активных лигандов. Некоторые из этих методов включают молекулярный стыковку, прогнозирование фармакофоров на основе структуры и моделирование молекулярной динамики. В настоящее время существуют некоторые веб-серверы, ориентированные на перспективный виртуальный скрининг.

Гибридные методы

Гибридные методы, основанные на структурном сходстве и сходстве лигандов, также были разработаны для преодоления ограничений традиционных подходов VLS. Эти методологии используют основанную на эволюции лигандную связующую информацию для прогнозирования связующих элементов малых молекул и могут использовать как глобальное структурное сходство, так и карманное сходство. Прогнозы этого метода были оценены экспериментально и показывают хорошее обогащение в идентификации активных малых молекул. Вышеуказанный метод зависит от общей структурной схожести и не может априори выбирать конкретный сайт связывания лигандов в интересующем белке. Кроме того, поскольку методы основаны на оценке 2D сходства лигандов, они не способны распознавать стереохимическое сходство малых молекул, которые существенно отличаются, но демонстрируют сходство геометрической формы. Для решения этих проблем был разработан и экспериментально оценен новый подход, ориентированный на карманные элементы, PoLi, способный нацеливаться на конкретные связывающие карманы в шаблонах голо-белковых белков.

Вычислительная инфраструктура

Вычисление парных взаимодействий между атомами, которое является необходимым условием для работы многих виртуальных скрининговых программ, масштабируется по , N - это количество атомов в системе. Из-за квадратического масштабирования расходы на вычисления быстро возрастают.

Лигандовый подход

Методы на основе лигандов обычно требуют доли секунды для одной операции сравнения структуры. Иногда одного процессора достаточно для выполнения большого скрининга в течение нескольких часов. Однако несколько сравнений можно проводить параллельно, чтобы ускорить обработку большой базы данных соединений.

Структурный подход

Размер задачи требует параллельной вычислительной инфраструктуры, такой как кластер систем Linux, запускающего процессор очереди партий для обработки работы, такой как Sun Grid Engine или Torque PBS. Необходимо средство обработки ввода из больших сложных библиотек. Для этого требуется форма составной базы данных, которая может быть запрошена параллельным кластером, доставляя соединения параллельно различным вычислительным узлам. Коммерческие движки баз данных могут быть слишком громоздкими, и высокоскоростной движок индексации, такой как Berkeley DB, может быть лучшим выбором. Кроме того, может быть неэффективно проводить одно сравнение на одну задачу, потому что время наращивания кластерных узлов может легко превзойти количество полезной работы. Чтобы обойти это, необходимо обрабатывать партии соединений в каждой кластерной работе, агрегируя результаты в какой-то файл журнала. Вторичный процесс, для извлечения файлов журналов и извлечения кандидатов с высоким баллом, может быть запущен после того, как весь эксперимент будет запущен.

Точность

Целью виртуального скрининга является выявление молекул новой химической структуры, которые связываются с интересующей макромолекулярной мишенью. Таким образом, успех виртуального экрана определяется с точки зрения поиска новых интересных каркасов, а не общего количества попаданий. Поэтому интерпретации точности виртуального скрининга следует рассматривать с осторожностью. Низкие показатели попадания интересных скелетов явно предпочтительнее высоких показателей попадания уже известных скелетов. Большинство тестов виртуальных скрининговых исследований в литературе являются ретроспективными. В этих исследованиях эффективность метода VS измеряется его способностью извлекать небольшой набор ранее известных молекул с аффинностью к целевой цели (активные молекулы или просто активные) из библиотеки, содержащей гораздо более высокую долю предполагаемых неактивных или приманки. Существует несколько различных способов отбора приманки путем сопоставления свойств соответствующей активной молекулы, и в последнее время приманки также выбираются несовместимым образом. Также обсуждалось фактическое воздействие отбора приманки, как для обучения, так и для испытаний. Напротив, в перспективных приложениях виртуального скрининга полученные результаты подвергаются экспериментальному подтверждению (например, измерения IC50). Существует консенсус в том, что ретроспективные критерии не являются хорошими индикаторами перспективных результатов, и, следовательно, только перспективные исследования являются убедительным доказательством пригодности метода для конкретной цели.

Применение к открытию лекарственных средств

Виртуальный скрининг - очень полезное приложение, когда речь идет об идентификации пораженных молекул в качестве начала для лекарственной химии. Поскольку подход виртуального скрининга начинает становиться более важным и существенным методом в фармацевтической химической промышленности, этот подход быстро расширяется.

Методы на основе лигандов

Не зная структуры, пытаемся предсказать, как лиганды будут связываться с рецептором. При использовании фармакофорных функций каждый лиганд идентифицирует донора и акцепторы. Уравнительные признаки накладываются друг на друга, однако, учитывая это, маловероятно, что есть одно правильное решение.

Модели фармакофоров

Этот метод используется при объединении результатов поиска с использованием различных эталонных соединений, одинаковых дескрипторов и коэффициента, но разных активных соединений. Этот метод полезен, потому что он более эффективен, чем просто использование одной справочной структуры, а также обеспечивает наиболее точную производительность, когда речь идет о различных активных веществах. Предпочтительно иметь несколько жестких молекул, а лиганды должны быть диверсифицированы, другими словами, обеспечить наличие различных особенностей, которые не возникают во время фазы связывания. Он использует гауссовскую функцию для определения молекулярных объемов малых органических молекул. Выбор конформации запроса менее важен, что делает скрининг на основе формы идеальным для моделирования на основе лигандов: поскольку наличие биоактивной конформации для запроса не является ограничивающим фактором для скрининга, то для выполнения скрининга решающим является скорее выбор соединения запроса. SAR (Structure Activity Relationship), где данные обрабатываются качественно и могут использоваться со структурными классами и более чем одним связывающим режимом. Модели отдают приоритет соединениям для обнаружения свинца. Эти модели определяют вероятность того, что соединение активно, а затем ранжируют каждое соединение на основе его вероятности.

Рекурсивное разделение

Рекурсивное разделение - это метод, который создает дерево решений с использованием качественных данных. Понимание того, как правила разбивают классы с небольшой ошибкой неправильной классификации, повторяя каждый шаг, пока не будет найдено никаких разумных разделов. Однако рекурсивное разделение может иметь плохую способность к прогнозированию, потенциально создавая тонкие модели с той же скоростью.