غربالگری مجازی برای شناسایی درمان‌های ویروس کرونا

تحقیقات برای یافتن روش‌های درمانی علیه ویروس کرونا COVID-19 و دستیابی سریع به یک رویکرد درمانی در حال انجام هستند. آخرین تحولات در زمینه غربالگری مجازی برای کشف یک درمان احتمالی در این پژوهش ذکر شده است. ظرفیت نرم افزار کشف دارو در مؤسسه تحقیقاتی Southwest ایالات متحده (SWRI)، برای درمان احتمالی COVID-19 و نیز سایر بیماری‌های عفونی، در راستای ترکیبات دارویی غربال شده مجازی گسترش خواهد یافت.

اخیرا ابزار غربالگری مجازی متعلق به SwRI دو میلیون ترکیب دارویی را به امید شناسایی داروهایی که به احتمال زیاد ممکن است در برابر ویروس کرونا با حداقل عوارض جانبی نامطلوب اثربخش باشند، تنها در طی چند روز مورد ارزیابی قرار داده است. دکتر Jonathan Bohmann، دانشمند اصلی SwRI گفت: “ما در راستای مأموریت SwRI جهت توسعه اقدامات پزشکی علیه تهدیدات طبیعی و انسانی، برای کمک به غربالگری کاندیدهای دارویی از این نرم افزار مدل‌سازی مولکولی  برای پژوهش‌های بعدی در مورد کرونا استفاده می‌کنیم.”

SWRI قبل از وقوع بیماری ویروس کرونای اخیر، ظرفیت نرم افزار خود برای اسکن ترکیبات دارویی در روز را از 25000 به 250000 در روز افزایش داده است. محققان این قابلیت را با پردازش جدید گرافیکی، به روزرسانی نرم افزار و تکنیک‌های یادگیری ماشین افزایش داده‌اند.

تجزیه و تحلیل اتصال سه بعدی و پرقدرت پروتئین در این نرم افزار به طور مؤثر نحوه‌ی ارتباط یک ترکیب با ساختار پروتئین را پیش‌بینی می‌کند. این روش به محققان امکان تفسیر داده‌های حاصل از کریستالوگرافی اشعه ایکس را می‌دهد؛ روشی که معمولاً برای به دست آوردن ساختارهای سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای ارزیابی داروهای احتمالی از مجموعه‌ای از ترکیبات، از یک مدل کروناویروس استفاده شد. به گفته دکتر Shawn Blumberg، محقق همکار در SwRI: “این توانایی پردازش پیشرفته نشان می‌دهد که غربالگری مجازی می‌تواند سرعت کشف دارو، به ویژه در شرایط همه‌گیر را به سرعت افزایش دهد.”

محققان آزمایشگاه ملی (Oak Ridge (ORNL، از یک ابر رایانه برای شناسایی 77 ترکیب دارویی ریزمولکول استفاده کرده‌اند که می‌تواند مطالعات بیش‌تر برای مبارزه علیه کورونایروس SARS-CoV-2 که مسئول شیوع COVID-19 است را به همراه داشته باشد.

محققان بیش از 8000 ترکیب به منظور غربالگری برای آن‌هایی که به احتمال زیاد به پروتئین اصلی کروناویروس (Spike) متصل می‌شوند و باعث عدم توانایی آن برای ایجاد عفونت در سلول‌های میزبان می‌شوند را شبیه‌سازی کردند. آن‌ها ترکیباتی را که می‌توانند در مطالعات تجربی ویروس ارزشمند باشند، رتبه‌بندی کردند.

هنگامی که محققان چینی ویروس را توالی‌یابی کردند، دریافتند که ویروس توسط یکی از همان مکانیسم‌ها برای مثال، سندرم حاد تنفسی (SARS)، بدن را آلوده می‌کند. شباهت بین ساختار دو ویروس، مطالعه در مورد ویروس جدید را تسهیل کرد. Micholas Smith، محقق پسادکترا در ORNL گفت: “ما توانستیم یک مدل محاسباتی کامل را بر اساس اطلاعاتی تهیه کنیم که اخیراً در مقاله‌های مربوط به این ویروس منتشر شده است.”

محققان از یک کد شیمیایی برای انجام شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی استفاده کردند که حرکات اتم‌ها و ذرات موجود در پروتئین را آنالیز می‌کند. آن‌ها ترکیبات مختلف متصل به پروتئینِ S ویروس کرونا را تکثیر کردند تا مشخص کنند که آیا هر یک از آن‌ها ممکن است مانع از چسبیدن Spike به سلول‌های انسانی شود یا خیر. به گفته Smith: “ما این ترکیبات را براساس مجموعه معیارهای مربوط به چگونگی اتصال احتمالی آن‌ها به پروتئینِ S رتبه‌بندی کردیم.”

محققان مولکول‌های کوچک مانند داروها و ترکیبات طبیعی را یافتند که گمان می‌کنند ممکن است برای آزمایش‌ها ارزشمند باشند. در شبیه‌سازی‌ها، ترکیبات به مناطقی از لبه پروتئین متصل می‌شوند که برای ورود به سلول انسان مهم هستند و بنابراین ممکن است در روند عفونت نقش داشته باشند.

Jeremy Smith، مدیر مرکز ORNL بیوفیزیک مولکولی گفت: “نتایج ما به این معنی نیست که ما معالجه یا درمان ویروس کرونا را پیدا کرده‌ایم. ما بسیار امیدواریم که یافته‌های محاسباتی ما هم راهی برای مطالعات آینده باز کند و هم چارچوبی را ارائه دهد که متخصصان آزمایشگاهی برای بررسی بیش‌تر این ترکیبات از آن استفاده کنند. فقط در این صورت خواهیم فهمید که کدام یک از آن‌ها ویژگی‌های لازم برای غلبه بر این ویروس را دارند.”

Insilico Medicine اعلام کرده است که ساختار مولکول‌های کوچک را با هدف قرار دادن پروتئین کلیدی پروتئاز شبه 2019-nCoV 3C منتشر خواهد کرد. گفته می‌شود که تا 100 مولکول را سنتز و آزمایش می‌کند تا در این تلاش جهانی نقش داشته باشد. طبق گفته این شرکت، مولکول‌های تولید شده‌ای که منتشر می‌شوند به طور مداوم به روز خواهند شد.

به گفته دکتر Alex Zhavoronkov، مدیر اجرایی  Insilico Medicine: “در این زمان دشوار، باید از هر روش امیدوارکننده‌ای برای تسریع در تلاش برای کشف دارو علیه 2019-nCoV استفاده شود. ما شیمی‌دانان دارویی را تشویق می‌کنیم تا مولکول‌های تولید شده را ارزیابی کنند، بازخورد خود را ارائه دهند و آن‌ها را برای سنتز به کار گیرند.”