Специалисты из Башкирского государственного университета и Уфимского института химии УФИЦ РАН выработали метод компьютерного моделирования, который позволяет выявить наиболее активные биологические вещества или же модифицировать их для наибольшей эффективности в составе препаратов.

Результаты проделанной работы, поддержанной грантом Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда, были представлены на конференции ChemSci-2019 в Москве.

«Компьютерное моделирование позволяет с достаточно высокой точностью предсказывать активность молекул на основе информации об их строении, так как именно структура химического соединения во многом определяет его свойства. Этот метод может эффективно применяться в тестировании и создании новых лекарственных препаратов с гораздо меньшими временными и материальными затратами», – заявил профессор кафедры физической химии и химической экологии Башкирского государственного университета Юрий Зимин.

На первом этапе специалисты классифицируют изученные соединения. На основе данных о структуре молекулы и ее активности и создаются модели, определяющие взаимосвязь между ними (SAR-модели). Затем выстраиваются модели, целью которых служит количественное предсказание биологической активности и физико-химических свойств соединений при помощи статистики и машинного обучения (QSAR-модели). С помощью другого метода молекулярного моделирования – так называемого молекулярного докинга – ученые определяют наиболее выгодную ориентацию молекулы при взаимодействии с целевыми ферментами.

Построенные ранее модели позволили выявить несколько соединений, обладающих повышенной биологической активностью. Замена ряда химических групп в молекуле парацетамола позволила получить 4-фторметилсульфон, обладающий ярко выраженной противовоспалительной активностью. Для веществ, полученных при модификации цитизина – соединения из бобовых растений, – был предсказан ноотропный эффект, который впоследствии был подтвержден в исследованиях in vitro.

К другим примерам молекулярного дизайна относится химическая модификация соединений на основе производных пиримидина, представляющего собой плоский цикл из четырех атомов углерода и двух атомов азота. Примером может служить исследование измененных молекул урацила – одного из структурных элементов нуклеиновых кислот, входящих в состав РНК. Результаты этого исследования выявили высокую антиоксидантную активность у 5-амино-6-метилурацила и его N-метилированных производных.

Весьма перспективным является создание гибридных молекул – конъюгатов. Их получают, вводя природные аминокислоты (составные части белка) в молекулу урацила. Еще одно направление исследований связано с получением комплексных соединений. Таким образом можно увеличить активность препарата и уменьшить его токсичность. Некоторые комплексные соединения из производных урацила и фруктовых сахаров или органических кислот обладают противоязвенной, антидотной и антиоксидантной активностью.