虚拟筛选——药物研发的新希望

虚拟筛选——药物研发的新希望

来源:广州生物工程中心   撰写日期:2015年09月29日   字体大小：小 中  大

导读：
    “达菲”等新药研制成功，计算机辅助药物设计技术为之缩短了几十年的时间。

      当今时代，基因预测、蛋白质研究、新药研发等越来越倚重计算机辅助技术这一强大工具。

      为帮助药物研发人员更好地应用计算机辅助技术开展研发活动，广州生物医药公共服务平台与相关科研机构合作开发了药物研发在线工具——“分子虚拟筛选系统”，并面向药物研发人员开放使用。

过往百年，人类的科技进步取得了叹为观止的进步，然而，对科技进步特别是与之息息相关的公共卫生安全和个人健康的期望值更加水涨船高。人类能够战胜癌症吗？能够狙击病毒吗？面对这些问题，科学家越来越乐观，原因之一是现在我们有了一种强大的研究辅助工具—计算机辅助技术。

      计算机辅助技术推动了新药研发的进程。治疗高致病性禽流感的“达菲”抗病毒新药，其研发过程堪称计算机辅助药物设计的经典成功案例。40年代洛克菲勒研究所已经发现神经氨酸酶在病毒脱离宿主过程中所起的作用，但缺乏有效技术的支持，后续研究陷入漫长的停滞阶段。80年代借助计算机辅助X射线晶体衍射技术，科学家取得了神经氨酸酶-唾液酸的共晶构象，关于抗病毒新药的研制也出现了一丝曙光。果然，90年代葛兰素运用计算机分子模拟技术成功研发了扎那米韦。罗氏则更进一步，也运用计算机辅助技术，改进了扎那米韦口服不被吸收的缺点，成功研发出奥司米韦，商品名就是达菲。达菲的研制成功，证明了计算机技术的应用在捍卫人类健康领域的巨大潜力。

      当今时代，计算机辅助技术越来越多运用于基因组测序与基因预测、蛋白质测序与功能研究以及药物研发等科研领域，计算机辅助药物设计有众多方法，它们或互为补充，或应用于药物研发的不同阶段。以先导化合物的发现来说就有数种方法，其中，分子对接是广泛应用并越来越受到关注的一种。然而分子对接计算十分消耗计算能力，以一个普通小分子对接3000个靶点为例，Auto Dock软件在普通的台式电脑需要连续运行约4天整，如果是成千上万的小分子，计算时间将以年计！可见普通计算机根本不能胜任。所以，是否有足够的计算能力就成为分子对接的结果成功与否的关键，高性能计算机解决了这一问题。

      分子对接方法的应用在药物研究领域发挥了重要的作用。基于分子对接的小分子化合物的虚拟筛选是目前最有潜力的药物开发工具，可以有效的节约时间和费用，辅以计算辅助药物设计，普通的分子对接任务可以加速约50倍，更大规模的计算任务则会被放到更为强大的超级计算机上运行，加速在千倍以上。

      广州生物医药公共服务平台为了帮助从事药物研发的科研人员更好地开展研究，通过与相关科研机构的合作，联合开发了药物发现与设计的应用工具——《分子虚拟筛选系统》。其基本原理是通过对蛋白质的结构分析，选定适当的药物靶点，针对该靶点利用已有的小分子库进行一对一的模拟分子对接，从而预测小分子的结合模式和结合亲和力。该平台在线分子对接系统既可以使用自带的4千个高分辨率靶点蛋白，也支持研究者上传自己的靶点库，更加高效也更为专业，使得分子对接与虚拟筛选简单、易用，能加快发现新的先导化合物。该系统目前存储了来源于ZINC数据库的1700多万条小分子数据及众多供应商数据，还可为您提供准确的化合物采购信息。该系统对接操作过程人性化、友好化，通过在浏览器上简单的操作，完成大批量分子对接任务，整个过程如同普通上网操作，十分简便。目前该系统已正式上线并面向药物研发人员开放使用（http://dock.biotask.cn/BioEngScreen/）。

      在线分子对接技术的出现，或许只是生命科学前进的一小步，但计算机辅助技术在生命科学研究中的应用是生命科学研究领域未来的发展方向。相信获得算机技术助推的生命科学家必能为人类的健康找到前途光明的未来之路。

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