Приготовили вирусу «золотую пулю»

В Беларуси лекарства начали готовить с помощью суперкомпьютера

Для чего биохимикам суперкомпьютер?

Чтобы фармацевтическая промышленность была в состоянии быстро откликаться на новые вызовы, следует в первую очередь изменить систему создания лекарств. Добиться прорыва на новый уровень можно за счет развития структурной биоинформатики – молодой научной дисциплины, изучающей структуру создаваемых органических соединений и их способность активировать или угнетать функции биологических молекул. Такую цель поставили перед собой ученые Института биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси, где впервые в стране подбор компонентов для перспективных лекарственных препаратов начали отрабатывать с помощью суперкомпьютера семейства «СКИФ».

— Дело в том, — поясняет аспирант лаборатории белковой инженерии Дмитрий Муха, — что к настоящему времени создано более 13 миллионов искусственных химических соединений, многие из которых обладают терапевтическим потенциалом. Но «вручную» переработать этот массив нереально. Значительно ускоряют дело роботизированные установки скрининга, то есть просеивания, если перевести «screening» с английского, но и они не справляются с требуемым объемом. Ведь полный набор тестируемых соединений необходимо иметь в специальном хранилище и всякий раз проводить реальные опыты с каждым из них, чтобы зафиксировать нужный эффект. А суперкомпьютер позволяет виртуально выстраивать пространственные модели любой биологической молекулы как в норме, так и при наследственных изменениях, а также строить модели любого известного химического соединения, которое пробуется на роль действующего вещества лекарства. С помощью мощного вычислителя можно за доли секунды определять, совмещаются ли они с активным центром молекулы, то есть способны ли они оказывать на нее воздействие, и если способны, то с какой интенсивностью. Определяется даже то, какие побочные эффекты для потенциального пациента при этом возникнут, будет ли соединение-кандидат токсичным и многое другое. Можно даже виртуально нарисовать пространственную структуру не существующего пока химического соединения, но идеально подходящего для лечения определенной болезни, и затем по этому шаблону спроектировать его.

В результате та работа, которая может быть выполнена за годы, если она вообще может быть выполнена, совершится за несколько недель интенсивного просеивания миллионов веществ-кандидатов на суперкомпьютере. При этом компьютерная программа даже не тратит время на реальное вырисовывание портрета каждого органического соединения на экране монитора. Такую эффектную картинку, на которой многоцветная лента белка сплетается в причудливый клубок, исследователи используют лишь для иллюстрации. А в реальном моделировании дело ограничивается только сверкой формул.

Конечно, с подбора необходимых действующих начал создание нового лекарства только начинается, и потребуются новые тесты в пробирках, на живых организмах и в клинических условиях, прежде чем препарат попадет на прилавок аптеки. Но сокращение до минимума самой трудоемкой операции позволит тратить на создание лекарства не традиционные 10–15 лет, а в несколько раз меньше.

При этом лечебные средства, полученные с использованием суперкомпьютерного скрининга, будут обладать фантастически точным избирательным действием и, нацеленные, например, на коррекцию определенной функции организма или истребление какого-то болезнетворного микроорганизма, пощадят полезную микрофлору и не затронут здоровые органы и ткани человека. То есть будет реализована давнишняя мечта врачей о сверхточной «золотой пуле» против недугов.

Более того, у медиков появляется возможность подбирать лекарства «индивидуально», в зависимости от особенностей организма больного. Ведь известно, что один и тот же препарат может действовать по-разному на разных людей, так как любой ген существует в нескольких вариантах, а стало быть, не выходя за пределы нормы, отличаются и закодированные генами белки. И если мы хотим, чтобы лекарство наилучшим образом действовало в каждой конкретной ситуации, оно должно создаваться во множестве вариантов.

Впрочем, задача эта не такая уж и невыполнимая для науки и практической медицины, поскольку природа не очень-то усердствует по части нашей «неповторимости». Для Беларуси это будет вовсе не 9,5 миллиона вариантов специфической реакции организма на какой-то препарат – по числу населения, а всего лишь несколько сотен. В таком случае подобрать «индивидуальный» вариант лекарства, устраивающий в то же время сотни тысяч других людей со схожей реакцией организма, будет не так и сложно. Разумеется, революция в терапии потребует и новой организации медицинской помощи.

Было бы замечательно, если бы тут я мог сказать, что созданным белорусскими учеными-биохимиками методом скрининга заинтересовались отечественные фармацевтические предприятия и ждут не дождутся, когда наука передаст им этот арсенал средств. Но чего нет, того нет. Не интересуются. Возможно, решают более приземленные задачи, полагая, что такие методы доступны лишь мировым лидерам фармацевтики.

Доля правды в этом, конечно, есть, так как лекарства нового поколения заставят вкладывать большие средства не только в скрининг, но и в другие этапы технологического цикла, чего требовать от наших предприятий не всегда реально.

Но работа исследователей, на которую ушло более трех лет, все же будет, как они считают, востребована. Теми же мировыми лидерами. Ведь белорусы, хотя и заявили о себе в сфере структурной биоинформатики относительно недавно, добились серьезных успехов и вполне могут претендовать на прибыльное место в ряду не слишком многочисленных на сегодняшний день продавцов таких технологий.

Эту перспективу в академии наук видят и уже сегодня создают задел для завтрашних достижений. По тематике, которую курирует академик-секретарь отделения химии и наук о земле НАН Беларуси член-корреспондент Сергей Усанов, работают преимущественно молодые ученые. Лаборатория оснащена современными приборами, неплохо финансируется, нет проблем с предоставлением машинного времени в Республиканском суперкомпьютерном центре коллективного пользования, администрация и сотрудники Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси активно опекают биохимиков, помогая им постигать сложную инфраструктуру мощного вычислителя. Это хороший опыт. Ведь мало построить «СКИФ». Надо обеспечить и суперотдачу от его работы, чего могут добиться только узкие специалисты, в совершенстве освоившие не только свою область знаний, но и суперкомпьютерную грамоту.

Заметили ошибку? Пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter