Ny algoritme finder effektivt antibiotikakandidater

Hvis du leder efter en nål i en høstak, det er bedst at vide, hvordan hø ser ud. Et internationalt team af forskere har anvendt denne idé til at søge efter nye lægemidler, udvikle en teknik, der reducerer chancerne for blot at genfinde kendte forbindelser.

I en artikel offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturkommunikation , forskere fra Carnegie Mellon University; University of California, San Diego; og St. Petersburg State University i Rusland beskriver et nyt middel til at søge i store lagre af forbindelser produceret af mikrober. Ved at analysere forbindelsernes massespektre, de var i stand til at identificere kendte forbindelser i depotet og fjerne dem fra yderligere analyse, i stedet for at fokusere på de ukendte varianter - nålene i høstakken - som potentielt kan være bedre eller mere effektive antibiotika, medicin mod kræft eller andre lægemidler.

På bare en uge, kører på 100 computere, algoritmen, kaldet Dereplicator+, sorteret gennem en milliard massespektre i Global Natural Products Sociale molekylære netværk ved UC San Diego og identificeret mere end 5, 000 lovende, ukendte forbindelser, der fortjener yderligere undersøgelse, sagde Hosein Mohimani, adjunkt i CMU's Computational Biology Department og førsteforfatter på artiklen.

Algoritmen, der driver denne molekylære søgemaskine, er nu tilgængelig til brug af enhver efterforsker til at studere yderligere depoter.

I fortiden, massespektrometri -datalagre er blevet underudnyttet, fordi det var svært at søge igennem dem, og fordi disse bestræbelser til dato har været plaget af høje genopdagelser af kendte forbindelser.

"Det er utroligt, hvor mange gange folk har genopdaget penicillin, " sagde Mohimani.

Analyse af forbindelsernes massespektre - hovedsageligt en måling af masserne i en prøve, der er blevet ioniseret - er en relativt billig måde at identificere mulige nye lægemidler på. Men eksisterende teknikker var stort set begrænset til peptider, som har simple strukturer såsom kæder og løkker.

"Vi så kun på toppen af ​​isbjerget, " sagde Mohimani.

For at analysere det større antal komplekse forbindelser, der har sammenfiltrede strukturer og talrige sløjfer og grene, forskerne udviklede en metode til at forudsige, hvordan et massespektrometer ville bryde molekylerne ad. Begyndende med de svageste ringe, metoden simulerede, hvad der ville ske, når molekylerne gik fra hinanden. Ved hjælp af 5, 000 kendte forbindelser og deres massespektre, de trænede en computermodel, som derefter kunne bruges til at forudsige, hvordan andre forbindelser ville nedbrydes.

Mohimani sagde, at Dereplicator+ ikke kun kan identificere kendte forbindelser, der ikke behøver at blive undersøgt nærmere, men den kan også finde mindre almindelige varianter af de kendte forbindelser, der sandsynligvis ville gå uopdaget inden for en prøve.