Глава книги: World Community Grid будет способствовать будущим исследованиям ВИЧ

[thundersnatch.livejournal.com]

Автор: д-р Артур Олсон
Профессор исследовательского института Скриппса
8 декабря 2015

Краткое изложение

Мы были приглашены, чтобы написать главу для будущей книги:"будущее ВИЧ-1 терапии". Наша глава фокусируется на структурно-основанном дизайне лекарств и обсуждает преимущества моделирования "в кремнии" для резкого расширения масштабов и эффективности структурно-основанного исследования. Мы уделяем особое внимание преимуществам крупномасштабной вычислительной сети, которые мы нашли в World Community Grid.

Мы были приглашены, чтобы написать главу для книги о достижениях терапии ВИЧ, под названием: "будущее ВИЧ-1 терапии: сопротивление бесполезно?". Наша глава под названием: "Сложные вычислительные проблемы структурно-основанных приближений, применяемых к ВИЧ" открывает перспективу применения вычислительных методов в разработке новых лекарственных препаратов и обсуждает как World Community Grid важен для наших научно-исследовательских работ.

Аннотация для неспециалистов.

Структурно-основанный дизайн лекарств зависит от наличия кристаллографических структур белков-мишеней, которые используются для тестирования больших библиотек соединений (часто несколько миллионов) "в кремнии", чтобы выявить потенциальные новые лекарства. На самом деле, дизайн ингибиторов протеазы ВИЧ в середине 1990-х часто преподносится в качестве первого успешного примера преимуществ вычислительного структурно-основанного дизайна лекарств.

Стыковка такого огромного количества виртуальных соединений является сложной задачей самой по себе. Кроме того, большинство целей обнаруживают различную степень гибкости. Моделирование этого аспекта добавляет еще один уровень сложности, который может резко увеличить количество вычислений. Вместе с тем, при работе с вирусами, такими как ВИЧ-1, которые мутируют с очень высокой скоростью, все становится еще более проблематичным. На самом деле, многие белки, продуцируемые вирусом при заражении, могут являть собой мутации, которые делают известные мощные препараты неэффективными.

В специальном разделе главы ("Крупномасштабное моделирование"), мы подробно описываем как IBM и World Community Grid позволили справиться с таким невероятным количеством вычислений в FightAIDS@Home (FAAH). Компьютерное время, пожертвованное добровольцами (более 300000 лет вычислительных и все прибавляется!), и доступное через World Community Grid, позволило разработать и выполнить эксперименты, которые были бы невозможны с обычными вычислительными ресурсами.

Мы заканчиваем главу, обсуждая новые цели, становящиеся доступными и новые методы моделирования, строящие более крупные и более детальные модели всего вируса. Это представит новые возможности и еще больше сложных проблем для проектирования ВИЧ-1 лекарств. С помощью World Community Grid и всех FAAH добровольцев мы планируем решать эти проблемы и дальше расширять границы исследования.

Аннотация для специалистов.

Мы рассмотрим некоторые из возможностей и проблем с которыми мы сталкиваемся в вычислительном моделировании ВИЧ терапевтических мишеней и структурной биологии, и с точки зрения развития методологии и структурно-основанного дизайна лекарств (SBDD). Вычислительные методы обеспечили фундаментальную поддержку исследований ВИЧ со времени первоначальных структурных исследований, помогая раскрыть детали биологии ВИЧ. Вычислительные модели оказались мощным инструментом для анализа и понимания воздействия мутаций и преодоления их структурного и функционального влияния в резистентности. При наличии данных о структуре эксперименты в кремнии служат орудием разработки и улучшения взаимодействия между лекарствами и вирусными мишенями, такими как ВИЧ-протеаза, обратная транскриптаза и интеграза. Такие вопросы как вирусные динамические характеристики и мутационная изменчивость, а также роль воды и оценки связывания свободной энергии в характеристиках лиганд-взаимодействий, являются областями активных вычислительных исследований. Постоянно возрастающие вычислительные ресурсы и теоретические и алгоритмические преимущества сыграли важную роль в прогрессе на сегодняшний день и мы предвидим постоянно возрастающую роль для вычислительных методов в нашем понимании биологии ВИЧ и SBDD в будущем.

Текст новости на англ.