Medica 2021: Rozwój leków – oprogramowanie uwzględnia ruch atomów

Zespół pracuje nad nowym oprogramowaniem (od lewej do prawej): Kurt Schardt, Robin Maack i Christina Gillmann. (Zdjęcie: View/Reiner Voss)

W przypadku różnych chorób często pomagają leki. Aby mogły one wywołać swoje działanie, naukowcy potrzebują na przykład dokładnych informacji o powierzchniowych cząsteczkach wirusów lub bakterii. Często podczas opracowywania leków pomija się ruch atomów tych cząsteczek. Może to jednak mieć konsekwje dla skuteczności. Zespół naukowców pracuje nad oprogramowaniem, które uwzględnia takie ruchy. Jest ono przydatne na przykład przy opracowywaniu leków. Na targach medycznych Medica zespół zaprezentuje swoją pracę od 15 do 18 listopada w Düsseldorfie na stoisku badawczym Rheinland-Pfalz (Hala 3, stoisko E80).

Przed wprowadzeniem leku na rynek mija wiele lat pracy rozwojowej. Substancja czynna musi być dostarczona w odpowiednim stężeniu do właściwego miejsca, aby mogła zadziałać. Jednocześnie należy unikać działań niepożądanych. Ważną rolę odgrywa w takich przypadkach budowa chemiczna. Często są to długie łańcuchy cząsteczek białek. „Istnieje powtarzająca się podstawowa struktura, tak zwany backbone lub kręgosłup”, wyjaśnia informatyk Robin Maack, doktorant w grupie „Computer Graphics and Human Computer Interaction” pod kierunkiem profesora dr. Hansa Hagena na Politechnice Kaiserslautern (TUK). „Wyobraża się to tak, że atomy nie są sztywne, lecz się poruszają. Może to oznaczać silne zmiany kształtu cząsteczki, zwłaszcza w obrębie kręgosłupa.”

W rozwoju cząsteczek określone konstelacje mogą mieć konsekwje. W wielu tradycyjnych programach, które przedstawiają i wizualizują białka, pomija się procesy ruchu podstawowych atomów. „Często są one traktowane jako stałe kule w przestrzeni, mimo że mają pewien zakres ruchu”, wyjaśnia Maack. „W ruchu tym mogą zachodzić interakcje między atomami.”

Maack obecnie pracuje razem ze swoją koleżanką dr. Christiną Gillmann z Uniwersytetu Lipskiego nad oprogramowaniem, które oblicza ten zakres ruchu i przedstawia go razem z pierwotną wizualizacją, nie zakrywając istniejących informacji. „Użytkownicy mogą łączyć różne metody wizualizacji i schematy kolorów”, dodaje Maack. „Jest ono przejrzyste i umożliwia także przedstawienie niepewności pozycji atomów.”

Ich algorytm zasilany jest danymi z symulowanych i rzeczywistych cząsteczek. Priorytetem jest analiza ruchu atomów. „Program teraz dokładniej pokazuje, które części cząsteczki są stabilne, a które nie”, mówi Maack.

Metoda ta jest szczególnie interesująca przy opracowywaniu leków i innych substancji czynnych. Technika pozwala szybko ocenić, czy opracowanie i produkcja cząsteczki ma sens i czy jest w ogóle możliwa.

Na targach Medica zespół zaprezentuje swoją pracę.