Fujitsu a créé une nouvelle technologie de modélisation moléculaire

Le développement de nouveaux médicaments est associé à d'importants investissements financiers et peut durer plus d'une décennie. C'est pourquoi les scientifiques sont constamment à la recherche de méthodes prometteuses pour créer des médicaments. L'une de ces techniques est la technologie de simulation informatique. Le développement de médicaments informatiques a un grand potentiel, car cette approche vous permet de créer des produits chimiques virtuels et d'évaluer leur efficacité sur un modèle informatique. Fujitsu a développé une technologie de modélisation moléculaire qui réduit de 10 fois la probabilité d'erreurs pendant la phase de modélisation de nouveaux produits chimiques. Dans cet article, nous en parlerons en détail.


L'effet d'un produit chimique en tant que médicament apparaît lorsqu'il se lie à la protéine cible. Dans ce cas, la substance change de forme en fonction de la forme de la protéine cible. Le niveau de changement est directement lié à l'affinité * de la liaison de la substance et de la protéine et vous permet d'avoir une idée générale de l'efficacité du médicament. Dans le processus de recherche, il est très important pour les scientifiques de prédire avec précision cet indicateur.

Des méthodes basées sur les principes de la mécanique quantique ou newtonienne sont utilisées pour calculer le niveau de changement d'une substance chimique. Les calculs non empiriques basés sur la mécanique quantique fournissent la plus grande précision, représentant une analyse de l'état des électrons basée sur le type et la position des atomes. Cependant, la mise en œuvre de telles études prend beaucoup de temps. La modélisation précise du niveau de changement des produits chimiques à l'aide de cette méthode prend des années, ce qui la rend impropre à une utilisation pratique.

Au contraire, les calculs approximatifs basés sur la modélisation moléculaire sont très rapides et répandus en science. Ils utilisent les principes de la mécanique newtonienne pour calculer la force des interactions entre les atomes et peuvent être utilisés pour identifier l'état de grosses molécules, y compris les protéines.

Du point de vue de la mécanique newtonienne, les forces nées entre les atomes s'expriment comme suit:

1. Comme une force qui dépend de la distance entre deux atomes liés;
2. Comme une force qui dépend des angles entre trois atomes liés;
3. Comme une force qui dépend du niveau de torsion du faisceau;
4. Comme une force qui dépend de la distance entre les atomes non liés.

Lorsqu'un produit chimique est lié à une protéine cible, le niveau de torsion ligamentaire reflète le degré de déformation. Cependant, lors de l'utilisation des technologies existantes, la précision de la détermination de l'angle dièdre, dont la valeur est nécessaire pour calculer la torsion du ligament, est assez faible, ce qui pose le problème de la faible précision dans la détermination de l'affinité de liaison.


Angle dièdre (angle formé par le plan des atomes A, B et C et le plan des atomes B, C et D)

Quelle est l'essence du développement de Fujitsu?

Fujitsu développe la modélisation moléculaire depuis plus d'une décennie. En utilisant l'expérience accumulée, les scientifiques de l'entreprise ont créé une technologie qui prend en compte non seulement les points de jonction dans lesquels se produit la torsion, mais aussi l'influence des atomes adjacents les uns sur les autres.

La technologie existante estime la valeur des angles dièdres sur la base de la position de 4 à 2 atomes dans une liaison et d'autres atomes auxquels ces atomes sont attachés. Cependant, selon la structure de la molécule, il y a des cas où des atomes qui ne sont pas inclus dans ces 4 atomes pris en compte ont une grande influence sur les voisins, et dans de tels cas il y a une forte probabilité d'erreurs dans les calculs.

Les spécialistes de Fujitsu ont créé une base de données de formules d'évaluation pour les cas où l'influence d'atomes situés loin de la liaison est fondamentalement importante. En utilisant la formule d'évaluation appropriée, vous pouvez désormais effectuer une évaluation précise de la torsion moléculaire, ce qui auparavant ne pouvait pas être effectué.


Exemple de structure moléculaire: 3- (méthylamino) pyrazole

Après que Fujitsu a intégré cette technologie à un logiciel spécialisé, la précision des nouveaux calculs de conception a été étudiée en laboratoire. Fujitsu a évalué cette technologie pour 190 types de produits chimiques, en comparant les résultats avec ceux obtenus par des calculs non empiriques et en calculant le coefficient d'erreur. L'étude a permis de prouver que la probabilité d'erreurs dans l'évaluation du niveau de torsion d'un nouveau développement est en moyenne 10 fois plus faible par rapport à la technologie utilisée précédemment.

Application pratique

Estimation des paramètres d'angle dièdre à l'aide de 190 types de structures chimiques

Une nouvelle méthode pour déterminer l'affinité de liaison des protéines cibles et des produits chimiques montre des résultats de mesure beaucoup plus précis par rapport à la technologie General AMBER Force Field 1.8 (GAFF 1.8) précédemment utilisée. Les scientifiques suggèrent que sa mise en œuvre pratique créera des médicaments fondamentalement nouveaux. Fujitsu prévoit également d'intégrer cette technologie dans son propre service de développement de médicaments.

* caractéristique thermodynamique décrivant quantitativement la force de l'interaction des substances