Fujitsu telah menciptakan teknologi pemodelan molekul baru

Pengembangan obat baru dikaitkan dengan investasi keuangan yang besar dan dapat bertahan lebih dari satu dekade. Itulah sebabnya para ilmuwan terus mencari metode yang menjanjikan untuk membuat obat. Salah satu teknik tersebut adalah teknologi simulasi komputer. Pengembangan obat IT memiliki potensi besar, karena pendekatan ini memungkinkan Anda untuk membuat bahan kimia virtual dan mengevaluasi efektivitasnya pada model komputer. Fujitsu telah mengembangkan teknologi pemodelan molekuler yang mengurangi kemungkinan kesalahan hingga 10 kali selama fase pemodelan bahan kimia baru. Pada artikel ini kita akan membicarakannya secara rinci.


Efek bahan kimia sebagai obat muncul ketika berikatan dengan protein target. Dalam hal ini, zat berubah bentuk sesuai dengan bentuk protein target. Tingkat perubahan terkait langsung dengan afinitas * pengikatan zat dan protein dan memungkinkan Anda untuk mendapatkan gambaran umum tentang efektivitas obat. Dalam proses penelitian, sangat penting bagi para ilmuwan untuk memprediksi indikator ini secara akurat.

Metode yang didasarkan pada prinsip-prinsip mekanika kuantum atau Newton digunakan untuk menghitung tingkat perubahan dalam suatu zat kimia. Perhitungan non-empiris berdasarkan mekanika kuantum memberikan akurasi tertinggi, mewakili analisis keadaan elektron berdasarkan jenis dan posisi atom. Namun, implementasi studi tersebut membutuhkan waktu yang sangat lama. Pemodelan akurat dari tingkat perubahan bahan kimia menggunakan metode ini membutuhkan waktu bertahun-tahun, yang membuatnya tidak cocok untuk penggunaan praktis.

Sebaliknya, perkiraan perhitungan berdasarkan pemodelan molekuler sangat cepat dan tersebar luas dalam sains. Mereka menggunakan prinsip-prinsip mekanika Newton untuk menghitung kekuatan interaksi antar atom dan dapat digunakan untuk mengidentifikasi keadaan molekul besar, termasuk protein.

Dari sudut pandang mekanika Newton, gaya-gaya yang timbul di antara atom dinyatakan sebagai berikut:

1. Seperti gaya yang bergantung pada jarak antara dua atom yang terikat;
2. Seperti gaya yang bergantung pada sudut antara tiga atom yang terikat;
3. Seperti gaya yang tergantung pada tingkat torsi dalam bundel;
4. Seperti gaya yang tergantung pada jarak antara atom yang tidak terikat.

Ketika suatu bahan kimia terikat pada protein target, tingkat torsi ligamen mencerminkan tingkat deformasi. Namun, ketika menggunakan teknologi yang ada, keakuratan menentukan sudut dihedral, nilai yang diperlukan untuk menghitung twist ligamen, cukup rendah, yang menyebabkan masalah akurasi rendah dalam menentukan afinitas pengikatan.


Sudut dihedral (sudut yang dibentuk oleh bidang atom A, B dan C dan bidang atom B, C dan D)

Apa inti dari pengembangan Fujitsu?

Fujitsu telah mengembangkan pemodelan molekuler selama lebih dari satu dekade. Menggunakan akumulasi pengalaman, para ilmuwan perusahaan telah menciptakan teknologi yang memperhitungkan tidak hanya titik persimpangan di mana torsi terjadi, tetapi juga pengaruh atom yang berdekatan satu sama lain.

Teknologi yang ada memperkirakan nilai sudut dihedral berdasarkan posisi 4 hingga 2 atom dalam ikatan dan atom lain yang melekat pada atom-atom ini. Namun, tergantung pada struktur molekul, ada kasus-kasus ketika atom yang tidak termasuk dalam 4 atom ini diperhitungkan memiliki pengaruh besar pada atom-atom tetangga, dan dalam kasus seperti itu ada kemungkinan kesalahan yang tinggi dalam perhitungan.

Spesialis Fujitsu telah membuat database formula evaluasi untuk kasus-kasus di mana pengaruh atom yang terletak jauh dari ikatan pada dasarnya penting. Dengan menggunakan rumus evaluasi yang tepat, Anda sekarang dapat melakukan penilaian torsi molekuler yang akurat, yang sebelumnya tidak dapat dilakukan.


Contoh struktur molekul: 3- (metilamino) pirazol

Setelah Fujitsu mengintegrasikan teknologi ini dengan perangkat lunak khusus, keakuratan perhitungan desain baru dipelajari di laboratorium. Fujitsu mengevaluasi teknologi ini untuk 190 jenis bahan kimia, membandingkan hasilnya dengan yang diperoleh melalui perhitungan non-empiris dan menghitung koefisien kesalahan. Studi ini memungkinkan untuk membuktikan bahwa probabilitas kesalahan dalam menilai tingkat torsi pengembangan baru rata-rata 10 kali lebih rendah dibandingkan dengan teknologi yang digunakan sebelumnya.

Aplikasi praktis

Estimasi parameter sudut dihedral menggunakan 190 jenis struktur kimia

Metode baru untuk menentukan afinitas pengikatan protein target dan bahan kimia menunjukkan hasil pengukuran yang jauh lebih akurat dibandingkan dengan teknologi General AMBER Force Field 1.8 (GAFF 1.8) yang sebelumnya digunakan. Para ilmuwan berpendapat bahwa penerapan praktisnya akan menciptakan obat baru yang fundamental. Fujitsu juga berencana untuk menggabungkan teknologi ini ke dalam layanan pengembangan obatnya sendiri.

* Karakteristik termodinamika menggambarkan secara kuantitatif kekuatan interaksi zat