Лаборатория находит 125 природных соединений с потенциалом против COVID-19
Лаборатория Бодри использует суперкомпьютеры для поиска природных соединений, которые химически связываются с белками вируса COVID-19, не давая им работать. Кредит: Лаборатория Бодри | грн

Лаборатория Бодри в Университете Алабамы в Хантсвилле (UAH) определила 125 природных соединений, которые обладают вычислительным потенциалом для эффективности против вируса COVID-19 из первой партии из 50 000, быстро оцененных суперкомпьютером.

Впервые суперкомпьютер был использован для оценки эффективности лечения природных соединений против белков, вырабатываемых COVID-19. Лаборатория, расположенная в научно-техническом центре UAH Шелби, ищет потенциальные прекурсоры для лекарств, которые помогут бороться с глобальной пандемией с помощью суперкомпьютера Cray Sentinel Hewlett Packard Enterprise (HPE).

Группу гривен возглавляет молекулярный биофизик доктор Жером Бодри (произносится как Bō-dre), председатель г-жи Пей-Лин Чан в Отделении биологических наук. Доктор Бодри ведет видеоблог о своем исследовательском путешествии COVID-19 с использованием системы HPE Cray Sentinel. Его исследования проводятся в сотрудничестве с Национальным центром исследований натуральных продуктов при Школе фармации Университета Миссисипи и HPE.

«Мы использовали суперкомпьютеры для прогнозирования натуральных продуктов, наиболее вероятно связывающихся с тремя белками вируса SARS-CoV-2», — говорит доктор Бодри. SARS-CoV-2 — научное название для COVID-19.

«Из 50 000 натуральных продуктов, которые мы рассмотрели с помощью суперкомпьютеров, мы считаем, что несколько сотен будут потенциально связывать интересующие белки», — говорит он.

«Кроме того, мы нашли 125 — но может быть и больше — которые особенно интересны, потому что они связываются именно там, где мы хотим, они не слишком большие, не слишком маленькие и имеют химический профиль фармацевтических препаратов».

Есть много разнообразных природных источников для химических веществ, представляющих интерес, говорит д-р Бодри.

«Многие из сравнительно распространенных лекарственных растений, которые можно найти в США, и многие из более отдаленных растений из Юго-Восточной Азии и Южной Америки, а также из некоторых наземных и океанических штаммов бактерий и грибов».

Перспективные соединения будут проходить вычислительную технику, называемую фармакофорным анализом, чтобы выяснить, что общего между химическими веществами, и выделить химические свойства, важные для будущих исследований.

Следующим этапом для соединений является тестирование in vitro лабораторией-партнером, которая будет использовать живой вирус и живые клетки. Те химические молекулы, которые будут признаны наиболее эффективными, станут основой для будущих исследований и разработок лекарственных препаратов, которые включают тестирование на эффективность, переносимость и неблагоприятные эффекты в испытаниях на людях. Этот процесс может также включать химические модификации, чтобы сделать препарат более эффективным, лучше переносимым или оба.

«Может быть, нам понадобится коктейль из лекарств, как во многих случаях лечения от СПИДа. Но каждое лекарство, которое в конечном итоге переживает этот долгий и извилистый путь развития и тестирования, начинается с удара, связывающего белок. Именно это начальное событие мы моделируем здесь, используя суперкомпьютеры «, — говорит д-р Бодри.

«Обычно для этого требуется очень много времени и много денег, но с помощью суперкомпьютеров мы можем выполнить этот начальный шаг обнаружения попаданий гораздо быстрее и дешевле», — говорит он. «У COVID-19 все ускоряется, поэтому весь процесс, который может занять до десяти лет, может оказаться здесь короче».

По словам исследователя из Baudry Lab д-ра Кендалла Байлера, который проводит расчеты на Sentinel, готовится больше партий для тестирования суперкомпьютера. Доктор Байлер имеет большой опыт использования вычислительных подходов для исследования натуральных продуктов.

«На самом деле, мы хотели бы проверить более 400 000 соединений», — говорит доктор Байлер.

Лаборатория находит 125 природных соединений с потенциалом против COVID-19
Лаборатория UAH, возглавляемая доктором Джеромом Бодри, объявила о результатах тестирования первой группы из 50 000 соединений природного происхождения из более чем 400 000, которые могут оказаться перспективными в качестве лечения вируса COVID-19. Кредит: Майкл Мерсье | грн

Блокирующие белки

В исходной партии были обнаружены природные соединения, которые, по-видимому, связываются с двумя важными белками, папаиноподобной протеазой COVID-19 или PLpro, и основной протеазой, или Mpro. Белки являются ферментами из генома вируса, которые отвечают за обработку всех белков вируса в инфицированных клетках. Зараженные клетки вынуждены производить их так, чтобы вирус мог размножаться.

«Если мы сможем заблокировать эти вирусные белки от самостоятельной сборки и выполнения их функций внутри клетки, возможно, мы не сможем спасти эту одну зараженную клетку, но мы предотвратим размножение вируса, и он умрет с этим клетка «, говорит доктор Бодри. «Если мы обнаружим химическое вещество, которое» прилипает «в этих реакционных областях белков, реакции обработки больше не будут возможны, и мы остановим инфицированные клетки от образования и высвобождения большего количества вируса».

Третий интересующий белок — это остроконечный белок COVID-19, с помощью которого вирус прикрепляется к клетке, чтобы инициировать инфекционный процесс. Этот остроконечный белок присутствует на поверхности вируса и придает вирусу характерный короноподобный вид (корона на латыни). Он связывается с белком под названием ACE2 на поверхности клетки, чтобы начать процесс заражения.

«Мы пытаемся найти химические вещества, которые связались бы с поверхностью белка, вызывающего выброс вируса, и предотвратили бы его блокировку с помощью ACE2 клетки», — говорит доктор Бодри.

В начальной моделируемой партии ученые обнаружили взаимодействия 24 соединений, представляющих интерес в белке спайка, 41 молекулы, представляющей интерес в основном белке, и 60 соединений, представляющих интерес в белке PL-pro.

«Тогда у нас может быть хорошее представление о том, что демонстрируют натуральные продукты, которые делают их успешными в этих различных белках, и это является отправной точкой для гораздо более быстрого скрининга больших баз данных миллионов химических веществ, помогая химикам синтезировать новые молекулы. дорога, возможно, более мощная и более избирательная, чем оригинальные натуральные продукты против этих белков «, — говорит доктор Бодри.

ИИ и древние знания

Суперкомпьютер Sentinel, расположенный в дата-центре Microsoft Azure в Техасе, делает работу еще быстрее, чем когда-либо прежде, и команда HPE помогает ей в этом. Команда доктора Бодри в гривнах имеет доступ к мощным возможностям Sentinel через облако с помощью Microsoft Azure.

Sentinel, в котором используется система высокопроизводительных вычислений HPC Cray XC50, способен вычислять 147 триллионов операций с плавающей запятой в секунду и может хранить 830 000 гигабайт данных.

Sentinel помогает сократить время комплексного тестирования с месяцев или даже лет до недель, говорит д-р Бодри. Суперкомпьютер работает так же быстро, как и все население Земли, выполняющее 20 000 вычислений каждую секунду, и обладает способностью хранения более 45 лет видео высокого разрешения.

Борьба за предотвращение иногда разрушительных последствий для здоровья COVID-19 создала новую встречу современного высокопроизводительного искусственного интеллекта с древнейшими знаниями человечества в области исцеления, говорит д-р Бодри.

«Даже пять лет назад это было бы невозможно», — говорит он. «Нам повезло, что такого рода очень продвинутая, очень быстрая вычислительная мощность доступна в то время, когда она нам так нужна».




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *