Российские физики научились предсказывать влияние лекарств и ядов на клетки

Структура молекулы DOPC. Изображение: пресс-служба МФТИ

Ученые из МФТИ создали метод моделирования, способный точно и быстро описывать ответные реакции клеточных мембран на молекулы лекарств и токсинов. Это позволит заранее и без дополнительных экспериментов просчитывать влияние различных препаратов на клетки.

Моделировать поведение биологической молекулы очень сложно, поскольку нужно описывать движение каждого ее атома. Группа под руководством Ивана Гущина, заведующего лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем МФТИ, нашла способ значительно упростить анализ результатов моделирования, почти не потеряв в точности описания движения.

«Особенность нашего метода в том, что он обеспечивает полное численное описание изменений в молекуле. Мы можем отслеживать положение сразу всех атомов», — говорит Иван Гущин. С применением нового подхода объем данных для анализа поведения клеточных мембран уменьшается в 10 раз, а точность метода снижается лишь на 10%.

Авторы исследования использовали в работе метод главных компонент — способ обработки, который выделяет из данных наиболее существенные. Метод был проверен на липидной молекуле DOPC (диолеоилфосфатидилхолин), хорошо изученной экспериментально. Оказалось, что для описания движения этой молекулы из 54 атомов достаточно всего 14 «компонент», описывающих совместные движения групп атомов в молекуле. К примеру, одна из таких компонент отвечает за движение двух «хвостов» DOPC в разные стороны, наподобие ножниц.

Из молекул липидов строится клеточная мембрана, и любые молекулы, чтобы подействовать на клетку, должны преодолеть мембрану. Поэтому изучение поведения липидов с точностью до отдельных атомов поможет предсказывать влияние лекарств и токсинов на клетки и организм в целом, а следовательно, значительно ускорит поиск новых медицинских препаратов. Кроме этого, моделирование можно применять в исследованиях механизмов старения, которое, по некоторым предположениям, связано с изменением структуры мембран клеток.

Исследование опубликовано в Journal of Chemical Theory and Computation.
Теги: