Accelereret opdagelseshastighed kan føre til mere effektive hjælpemidler til rygestop

Som rygere ved alt for godt, nikotin er stærkt vanedannende. Det er svært at holde op med at ryge, en vane, der hvert år kræver mere end syv millioner menneskers liv.

Rygetobak leverer nikotin til de neuroreceptorer, der er ansvarlige for afhængighed, påvirker nervesystemet og forårsager afhængighed.

En ny undersøgelse, ledet af forskere fra University of Bristol, ind i de involverede molekylære interaktioner har afsløret, hvordan disse neuroreceptorer reagerer på nikotin.

Forskerne brugte nye computersimuleringsmetoder til at opdage, hvordan receptorer i hjernen reagerer på nikotin.

Et af hovedtræk ved undersøgelsen er den hastighed, hvormed opdagelsen blev gjort, takket være brugen af ​​Oracle Cloud Infrastructure, hvilket gjorde det muligt for forskerne at køre en lang række simuleringer på hidtil uset kort tid.

Arbejdet samlede beregningskemikere, biokemikere og forskningssoftwareingeniører, arbejder sammen om at implementere et stort antal simuleringer af nikotinreceptorer i skyen.

At reducere tiden til resultater til kun fem dage ved at bruge Oracles højtydende cloud-infrastruktur er transformerende set fra et forskningsperspektiv. Beregninger, der ellers kunne have taget måneder at gennemføre, blev gennemført på få dage.

Studiet, udført af forskere fra Bristol i samarbejde med Oracle, hvis cloud-teknologier var en vigtig del af undersøgelsen, er rapporteret i Journal of the American Chemical Society , flagskibspublikationen af ​​American Chemical Society, verdens største videnskabelige samfund og en global leder i at give adgang til kemi-relateret forskning. Projektet blev støttet af midler fra EPSRC.

Medforfatter til undersøgelsen, Professor Adrian Mulholland, fra Bristols Center for Computational Chemistry, del af Bristol's School of Chemistry, sagde:"Nikotin er stærkt vanedannende:det er meget svært at holde op med at ryge. For at forstå hvorfor det er så vanedannende, og at lave molekyler for at hjælpe folk med at holde op, vi skal forstå, hvordan det påvirker nervesystemet.

"Vi har brugt simuleringer til at modellere og forstå, hvordan nikotin påvirker receptorer i hjernen. Ved at bruge kraften i cloud computing, vi var i stand til at vise, hvordan nikotin udøver sin virkning, på molekylært niveau, den første fase af signalering i hjernen. Denne information, og de metoder, vi har udviklet, vil hjælpe med at udvikle nye hjælpemidler til rygestop."

Forskere arbejder nu sammen med Achieve Life Sciences om at designe og udvikle molekyler, der efterligner nikotin, og computersimuleringer, der vil hjælpe med at teste deres potentielle effektivitet. Dette arbejde bygger på tidligere undersøgelser, der bruger kemiske syntetiske tilgange til at udvikle nye hjælpemidler til rygestop, som vil blive undersøgt og testet i simuleringsscenarier.

Rygning er den næsthyppigste dødsårsag på verdensplan, men de fleste nuværende antirygemidler er kun moderat effektive til at reducere abstinenssymptomer og kan forårsage uønskede bivirkninger. Ny, der er behov for specifikke og effektive hjælpemidler til rygestop.

Nikotin er det vigtigste psykoaktive middel i tobak og forårsager afhængighed ved at binde sig til specifikke receptorer i hjernen. At forstå, hvordan nikotin binder til disse receptorer og skaber nikotin-'hittet' og efterfølgende trang er et centralt fokus for folkesundhedsforskning.

Undersøgelsen så forskere udføre 450 individuelle molekylær dynamik-simuleringer af biokemien forbundet med bindingen af ​​nikotin til en undertype (α7) af nikotiniske acetylcholin-receptorer i hjernen. De var i stand til at sammenligne med andre typer nikotinreceptorer og identificere fælles træk ved receptoraktivering.

Undersøgelsen viste også, hvordan cloud computing kan kombineres effektivt med mere traditionel high-performance computing.

Dette arbejde viser, hvordan strenge simuleringer kan bruges til at forudsige virkninger på lægemiddelmål i løbet af få dage.

På denne hurtige tidsskala, beregninger hjælper med at planlægge og fortolke eksperimenter, og vil hjælpe med at designe og udvikle effektive lægemidler. Mere bredt, smidigheden og andre fordele ved at bruge cloud computing til forskning giver potentialet til at accelerere opdagelsestempoet dramatisk.