Razvoj računalniških algoritmov za napovedovanje vezanih mest pri raziskovanju v farmaciji

Razvoj metod za molekulsko modeliranje za študij interakcij med proteini in različnimi molekulami je vse bolj aktualen, poganjajo pa ga nenehne izboljšave računalniške tehnologije. Vezavna mesta na proteinih so deli površin proteinov, s katerimi proteini vežejo druge molekule. Vezavna mesta običajno vežejo molekule, ki so določene s strukturo vezavnega mesta, in so specifične za vsako posamezno vezavno mesto. Te so lahko ioni, proteini, nukleinske kisline, oziroma male organske molekule. Zaradi te specifičnosti vezave se vezavna mesta ohranjajo skozi evolucijo, predvsem njihova struktura. Posledica te ohranjenosti pa je, da so si vezavna mesta podobna v proteinih, ki opravljajo sorodne biokemijske funkcije, to je, vežejo podobne molekule. Kljub hitro rastočemu številu znanih proteinskih struktur v proteinski banki, se še vedno ne ve veliko o podobnostih med vezavnimi mesti na teh proteinih. V zadnjem času se uveljavlja ideja, da je odkrivanje teh podobnosti lahko uporabno za razvoj zdravil. Tako so pred kratkim ugotovili, da nekateri inhibitorji, ki se uporabljajo pri zdravljenju raka, izkazujejo tudi protibakterijsko delovanje. Do tega spoznanja so prišli s primerjavo vezavnih mest proteinov udeleženih pri nastanku raku in proteinov, ki omogočajo razvoj bakterijske celične stene, ter ugotovitvijo, da so si podobna.

Nameravamo izpeljati nove metodološke rešitve za napovedovanje in preučevanje proteinskih vezavnih mest, ki temeljijo na pristopih teorije grafov, matematične kemije, v povezavi z metodami za simulacijo molekulske dinamike. Proteinska vezavna mesta so v zadnjem času predmet intenzivnih raziskav, predvsem zaradi njihove ključne vloge pri načrtovanju novih zdravil, pa tudi spoznanja, da so celični procesi v veliki meri odvisni od
interakcij endogenih molekul z vezavnimi mesti. Za razvoj novih zdravil je pomembna predvsem struktura vezavnih mest in njihova dinamika, to je, kako se njihova struktura spreminja v času, na primer ob vezavi molekule. Proučevanje vezavnih mest spodbuja tudi razvoj strukturne genomike, znanstvenega področja, katerega cilj je določitev tridimenzionalnih struktur proteinov za vse obstoječe proteine kot tudi določitev bioloških funkcij teh proteinov. Slednje pa je pogojeno s poznavanjem proteinskih vezavnih mest. Zato narašča potreba po razvoju računskih pristopov, ki bodo hitro in natančno napovedovali vezavna mesta na teh proteinih.

Eden izmed ciljev projekta je združitev spletnega strežnika ProBiS z metodami molekulske dinamike v novo spletno orodje, ki bo raziskovalcem omogočalo napovedovanje biološko aktivnih molekul in študij njihove dinamike v napovedanih vezavnih mestih, pri čemer bo dinamika pomembna za določitev proste energije vezave. Novo spletno orodje bo združevalo dve med seboj zelo različni področji, to je, teorijo grafov in molekulsko dinamiko, ki sta naši glavni raziskovalni temi že vrsto let.