A Fujitsu criou uma nova tecnologia de modelagem molecular

O desenvolvimento de novos medicamentos está associado a grandes investimentos financeiros e pode durar mais de uma década. É por isso que os cientistas estão constantemente procurando métodos promissores de criação de drogas. Uma dessas técnicas é a tecnologia de simulação por computador. O desenvolvimento de medicamentos de TI tem um grande potencial, pois essa abordagem permite criar produtos químicos virtuais e avaliar sua eficácia em um modelo de computador. A Fujitsu desenvolveu uma tecnologia de modelagem molecular que reduz a probabilidade de erros em 10 vezes durante a fase de modelagem de novos produtos químicos. Neste artigo, falaremos sobre isso em detalhes.


O efeito de um produto químico como medicamento aparece quando se liga à proteína alvo. Nesse caso, a substância muda de forma de acordo com a forma da proteína alvo. O nível de alteração está diretamente relacionado à afinidade * da ligação da substância e da proteína e permite que você tenha uma idéia geral da eficácia do medicamento. No processo de pesquisa, é muito importante que os cientistas prevejam com precisão esse indicador.

Métodos baseados nos princípios da mecânica quântica ou newtoniana são usados ​​para calcular o nível de mudança em uma substância química. Cálculos não empíricos baseados na mecânica quântica fornecem a mais alta precisão, representando uma análise do estado dos elétrons com base no tipo e posição dos átomos. No entanto, a implementação de tais estudos leva muito tempo. A modelagem precisa do nível de mudança de produtos químicos usando esse método leva anos, o que o torna inadequado para uso prático.

Pelo contrário, cálculos aproximados baseados em modelagem molecular são muito rápidos e difundidos na ciência. Eles usam os princípios da mecânica newtoniana para calcular a força das interações entre átomos e podem ser usados ​​para identificar o estado de grandes moléculas, incluindo proteínas.

Do ponto de vista da mecânica newtoniana, as forças que surgem entre átomos são expressas da seguinte forma:

1. Como uma força que depende da distância entre dois átomos ligados;
2. Como uma força que depende dos ângulos entre três átomos ligados;
3. Como uma força que depende do nível de torção no feixe;
4. Como uma força que depende da distância entre átomos não ligados.

Quando um produto químico é ligado a uma proteína alvo, o nível de torção do ligamento reflete o grau de deformação. No entanto, ao usar tecnologias existentes, a precisão da determinação do ângulo diédrico, cujo valor é necessário para calcular a torção do ligamento, é bastante baixa, o que causa o problema de baixa precisão na determinação da afinidade de ligação.


Ângulo diédrico (ângulo formado pelo plano dos átomos A, B e C e o plano dos átomos B, C e D)

Qual é a essência do desenvolvimento da Fujitsu?

A Fujitsu desenvolve modelagem molecular há mais de uma década. Usando a experiência acumulada, os cientistas da empresa criaram uma tecnologia que leva em consideração não apenas os pontos de junção nos quais a torção ocorre, mas também a influência dos átomos adjacentes um sobre o outro.

A tecnologia existente estima o valor dos ângulos diédricos com base na posição de 4 a 2 átomos em uma ligação e outros átomos aos quais esses átomos estão ligados. No entanto, dependendo da estrutura da molécula, há casos em que átomos que não estão incluídos nesses 4 átomos levados em consideração exercem uma grande influência sobre os vizinhos e, nesses casos, há uma alta probabilidade de erros nos cálculos.

Os especialistas da Fujitsu criaram um banco de dados de fórmulas de avaliação para aqueles casos em que a influência de átomos localizados longe do vínculo é fundamentalmente importante. Usando a fórmula de avaliação apropriada, agora você pode executar uma avaliação precisa da torção molecular, o que anteriormente não podia ser feito.


Exemplo de estrutura molecular: 3- (metilamino) pirazol

Depois que a Fujitsu integrou essa tecnologia a um software especializado, a precisão dos novos cálculos de projeto foi estudada em laboratório. A Fujitsu avaliou essa tecnologia para 190 tipos de produtos químicos, comparando os resultados com os obtidos através de cálculos não empíricos e calculando o coeficiente de erro. O estudo permitiu provar que a probabilidade de erros na avaliação do nível de torção de um novo empreendimento é, em média, 10 vezes menor em comparação à tecnologia usada anteriormente.

Aplicação prática

Estimativa de parâmetros de ângulo diédrico usando 190 tipos de estruturas químicas

Um novo método para determinar a afinidade de ligação de proteínas e produtos químicos alvo demonstra resultados de medição muito mais precisos em comparação com a tecnologia General AMBER Force Field 1.8 (GAFF 1.8) usada anteriormente. Os cientistas sugerem que sua implementação prática criará drogas fundamentalmente novas. A Fujitsu também planeja incorporar essa tecnologia em seu próprio serviço de desenvolvimento de medicamentos.

* característica termodinâmica que descreve quantitativamente a força da interação de substâncias