A Geometria Rámutat A Koronavírus Gyógyszercéljelöltjeire
A Geometria Rámutat A Koronavírus Gyógyszercéljelöltjeire
Videó: A Geometria Rámutat A Koronavírus Gyógyszercéljelöltjeire
Videó: В России сделали первые фото частиц коронавируса 2023, Február
Anonim

Egy új matematikai modell megjósolja a vírus olyan területeit, amelyek különösen sérülékenyek lehetnek a fogyatékkal élő kezelésekkel szemben.

A geometria rámutat a koronavírus gyógyszercéljelöltjeire
A geometria rámutat a koronavírus gyógyszercéljelöltjeire

Amikor egy vírus behatol a sejtjeibe, megváltoztatja a testét. De ennek során a kórokozó is megváltoztatja alakját. Egy új matematikai modell megjósolja a vírus azon pontjait, amelyek lehetővé teszik az alakváltást, új módszert tárva fel a lehetséges gyógyszer- és oltóanyag-célpontok megtalálásában. Az egyedülálló matematikai alapú megközelítés már azonosította a koronavírus potenciális célpontjait, amelyek COVID-19-et okoznak.

A Journal of Computational Biology áprilisban ismertetett stratégiája megjósolja a vírusok fehérje helyeit, amelyek olyan fontos energiafoltokat rejtenek, amelyeket a gyógyszerek letilthatnak. Ritka bravúrban a munka a tiszta matematikából származik - mondja Robert Penner, a tanulmány szerzője és matematikus a Francia Tudományos Tanulmányok Intézetéből. "Van egy értékes kis tiszta matematika a biológiában" - teszi hozzá. A cikk jóslatai hosszú út előtt állnak, mielőtt kísérleti úton ellenőrizhetők lennének - mondja John Yin, aki vírusokat tanulmányoz a Wisconsin – Madison Egyetemen, és nem vett részt a kutatásban. De egyetért abban, hogy Penner megközelítésében van potenciál. "Matematikus szempontból jön erre, de nagyon tudományosan megalapozott matematikus" - mondja Yin. "Tehát ez nagyon ritka.".

Penner módszere kihasználja azt a tényt, hogy bizonyos vírusfehérjék drasztikusan megváltoztatják alakjukat, amikor a vírusok megtörik a sejteket, és ez az átalakulás instabil tulajdonságoktól függ. (A stabil fehérjehely a definíció szerint ellenáll a változásnak.) A „nagy szabad energiájú helyek” -területek azonosításával egy vírusfehérjén, amely rengeteg energiát tárol fel, Penner rájött, hogy képes észrevenni valószínűleg „tavaszi” pontokat, amelyek közvetítik ezt az alakváltozást. Az ilyen nagy energiájú foltokat egzotikus helyeknek nevezi. Megtalálásuk komplex matematikát igényelt.

Penner azoknak a fehérjéknek a gerincére összpontosított, amelyek a legtöbb változáson mennek keresztül a sejtfúzió és a belépés során. Megvizsgálta azokat a hidrogénkötéseket, amelyek a gerincszakaszok között keletkeznek, amikor a fehérjék összecsukódnak. A fehérje egyedi egységek vagy maradékok sorozatából áll, és két ilyen egység hidrogénkötéseket képez. A megkötött egységek egymáshoz képest forognak, és ezek a fordulatok változó mennyiségű szabad energiát jelentenek az érintett maradványokban.

Az egzotikus forgások elkülönítésére Penner néhány matematikai kart forgatott egy hatalmas fehérjeforma-gyűjteményen. Kollégáival korábban egy adatbázisból összegyűjtötte a fehérjék reprezentatív mintáját, és megvizsgálta a készletben található nagyjából 1,17 millió gerinces hidrogénkötést. Ezután meg kellett állapítania, hogy a különböző forgások milyen gyakran jelennek meg.

Ezen információk megtalálásához Penner a geometria felé fordult. A 19. században Carl Friedrich Gauss német matematikus megmutatta, hogy leírhatja a háromdimenziós tér minden egyes egyedi forgását, megadva azt a tengelyt, amely körül ez a forgás elfordul, és azt az összeget, amellyel ez megtörténik (ábrázoljon egy kereket, amely bárhová megfordul az autó tengelye körül) nullától 360 fokig, vagy nullától két pi radiánig). Az egyes forgatásokat vektorral ábrázolhatja, olyan méréssel, amelynek nagysága és iránya egyaránt van, és amelyet általában egy bizonyos hosszúságú, meghatározott irányba mutató nyílként ábrázolnak. Ez a nyíl tájolása leírja a forgás tengelyét, és a vektor hossza adja meg a forgás mértékét (képzeljünk el egy tengelyt, amely további forgatással meghosszabbodik). Gyűjtse össze az összes vektor nyilat, amelyek a központi ponttól mindkét irányba mutatnak, és minden lehetséges tengelye megvan ahhoz, hogy egy forgás körül forogjon. Az egyes tengelyek mentén lévő foltok (a különböző vektorok nyílpontjai) azonosítják az összes egyedi forgást: a forgás lehetséges mennyiségeit, nullától két pi radiánig, minden tengely körül.

Ezek a nyilak összesen egy 3D-s labdát alkotnak (képzeljünk el egy tüskés Koosh-labdát vagy egy feltekert sündisznót). Ezt a struktúrát kívánta Penner, mert lehetővé tette, hogy matematikázzon a benne megjelenő pontokon. Penner feltérképezte az adatbázisban talált forgatásokat a labdára. Ezután kiszámította mindegyik gyakoriságát, figyelembe véve a struktúra körülvevő régiójának sűrűségét: a gömb kevésbé sűrű részeiben a forgások ritkábbak.

A tudósok tudják, hogy egy fehérje tulajdonságának gyakorisága összefügg a szabad energia függvényével, így a ritkább tulajdonságoknak magasabb az energiája. Tehát a megállapított egyenletek és a gömb sűrűsége alapján Penner kiszámította a különböző forgások szabad energiáját, egzotikus helyeket tárva fel. Az egyik jelzés arra, hogy a megközelítés működik, az az, hogy megjósolta a már ismert funkcionális helyeket - mondja Penner. De az ezzel a módszerrel felfedezett korábban ismeretlen helyek ígéretes célpontoknak bizonyulhatnak a kábítószerekkel szemben.

Ha a kísérletek igazolják Penner előre jelzett helyszíneit - nagyszerű, ha a megközelítés ígéretes - mondja Arndt Benecke, a francia Nemzeti Tudományos Kutatóközpont biológiai kutatója, aki a matematikust tanácsolja. "Ha ez lenne a helyzet, akkor automatikusan, a szabad energia olyan dolog, amelyet megcélozhat, amelyet jelenleg nem csinálunk" - mondja. "Az egész gondolat, hogy egy gyógyszer vagy ellenanyag mit tehet vagy mit kellene tennie, megváltozhat."

Az ugyanabban a folyóiratban szerdán közzétett nyomonkövetési tanulmányban Penner három egzotikus „érdekes helyet” mutatott be a COVID-19 mögött álló koronavíruson. De most túl kell élniük a labor szigorát. A kísérletezőknek be kell mutatniuk, hogy az oldalak kiütése valóban szabad energiát szabadít fel - mondja Benecke. Még akkor is elérhetetlenné válnak a kábítószerek számára - teszi hozzá. És minden, a helyszínekre irányuló kezelésnek túl kell élnie az állatmodellekben, majd az emberekben elvégzett szokásos hatékonysági és biztonsági teszteket. "Az irodalom tele van kudarcokkal" - mondja Penner.

Ennek ellenére, ha a módszer működik, szélesebb körű célokra lehet alkalmazás, kezdve a jelző fehérjéktől, amelyek lehetővé teszik a sejtek számára, hogy kommunikáljanak a környezetükkel, a prionokig, az olyan rosszul összehajtott fehérjékhez, mint például az őrült tehén betegség. "Ez messze meghaladhatja a vírusokat" - mondja Benecke.

Itt olvashat többet a Scientific American koronavírus-járványáról. És olvassa el a tudósítást a nemzetközi magazinhálózatunkról itt.

A téma által népszerű