Разработка лекарственных препаратов или Drug Design

в 7:51, , рубрики: Биотехнологии, Песочница, метки:

Многим из нас приходилось принимать различные препараты в лекарственных целях. В то же время, на аспирине, виагре и тамифлю фармацевтические корпорации делают миллиарды долларов. Вот только верхушка айcберга лекарственных блокбастеров: Список самых продаваемых лекарств 2010 года

Давайте разберемся, как же разрабатываются на текущий момент подобные лекарственные препараты.

Есть 2 базовых метода:

  1. Метод перебора. У каждой фармацевтической компании есть огромная база химических веществ, которые потенциально могут воздействовать на тело человека. Имея иформацию о том, что происходит в организме в целом при заболевании, можно предположить, какие вещества могут помочь при лечении. Данный метод заключается в простом «скрининге», то есть переборе всех веществ и изучении его воздействия при той или иной болезни. Этот путь еще несколько десятков лет назад был единственным возможным и широко применяется до сих пор. При этом, иногда случаются казусы. Например, виагру изначально изучали как препарат для людей, испытывающих проблемы с кровяным давлением. Для нормализации давления он не очень помог, зато люди, принимавшие препарат, ощутили некоторые «побочные явления», которые теперь широко известны.
  2. Rational drug design. Этот метод стал доступен после развития таких методов изучения структуры белков, как ЯМР спектроскопия, белковая кристаллография и электронная микроскопия. Дело в том, что белки являются важнейшими биомолекулами. В живой клетке они выполняют огромное количество разнообразных функций: расщепляют жиры и углеводы (ферменты), участвуют в переносе ионов (различные каналы), передают сигналы и многое-многое другое. Именно белки определяют то, как работает клетка, а, значит, и весь организм в целом. Соответственно, очень важно понимать молекулярный механизм работы этих машин. Для того, чтобы понять, как белки работают, нужно узнать их структуру.

GPCR рецептор

Определение структуры белков — основная идея современной разработки лекарств. Ведь зная структуру белка с точностью до положений каждого атома (типичное разрешение перечисленных методов 1-5 ангстрем), возможно точно предсказать, какой лиганд (здесь: термин, обозначающий химическое вещество, связывающееся с белком) будет, например «затыкать» белок-канал в нейронах, передающий нервные импульсы в мозг. Таким образом можно создать как мгновенно убивающий яд, так и лекарство от эпилепсии. Процесс расчета взаимодействия между белком и лигандом называется докингом (docking) и требует применения серьезных математических алгоритмов (а также, часто, кластеров или суперкомпьютеров). Существуют также соревнования среди научных групп, где требуется применить свой алгоритм докинга и решить задачу на скорость.

Мишени лекарств бывают двух типов: это либо белок в человеческом организме, который функционирует неверно в силу тех или иных причин, либо чужеродный микроорганизм — возбудитель болезни. Если в первом случае требуется улучшить или скомпенсировать функцию человеческого белка, то во втором необходимо воздействовать на функционально значимые белки бактерии или вируса и блокировать их функцию. Кстати, известный противовирусный препарат «Тамифлю» были разработаны именно с применением rational drug design. А первым лекарством, полученным таким способом, является также «противогриппозная» «Relenza», влияющая на белок оболочки вируса гриппа нейроминидазу. Многие из современных анти-ВИЧ препаратов были так же разработаны таким образом. Они мешают работе вирусной протеазы, которая расщепляет вирусные белки и позволяет вирусу нормально функционировать.

В дальнейшем я опишу принципы ЯМР спектроскопии, белковой кристаллографии и электронной микроскопии, а также обьясню, как пройти путь от ДНК последовательности гена белка до его трехмерной структуры.

Автор: a00

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля