Основной сайт проекта.Российский ресурс по тематике СПИДа.Российская команда в проекте FightAIDSatHome!
Главная страница.Новости сайта и тематики СПИДа.Инструкции по установке и настройке программы.Требования к компьютеру и программному обеспечению.Часто Задаваемые Вопросы и ответы к ним.Статьи по теме СПИД и распределенные вычисления.Ссылки по теме СПИД и распределенные вычисления.Обсуждения темы на форуме fightAIDS@homeО российской команде. Статистика, состав, фотки  и т.д.Помощь.
  Статьи по теме: 1, 2, 3, 4, 5, 6

Отчет Исследовательского Института Скриппса
 о ходе выполнения проекта

(часть вторая)

От Компьютера до Пробирки...

30/11/2006

Вот и закончились наши первые эксперименты. Сначала мы производили свои исследования  при помощи проекта распределенных вычислений FightAIDS@Home, теперь эти результаты начали  проходить проверку в лабораториях.

Поскольку приближается 1 декабря 2006 года - Международный День борьбы со СПИДом, мы хотели бы предоставить последнюю информацию о проделанной работе и направлениях исследования, которые мы планируем осуществить в ближайшем будущем. Последние мировые новости показывают, что пандемическое распространение вируса СПИДа не только продолжается, но, как показывают фактические данные, и усиливается. Проблема сопротивляемости лекарственным препаратам стала еще более критической, поэтому скорейшая разработка вакцины еще должна и обеспечить блокирование путей распространения вируса.

Мы выполняли исследования в проекте FightAIDS@Home на ресурсах World Community Grid в течении всего последнего года, и достигли нескольких очень важных вех. Наша работа еще не закончена, но мы сильно воодушевлены результатами, которые получаем благодаря вашей помощи, наших участников проекта FightAIDS@Home во всем мире, оказывающих свое неоценимое содействие в этом исследовании.

Как и во всех научных исследованиях, мы тоже проводим эксперименты, только наши эксперименты проводятся на компьютерах. Когда год назад этот проект стартовал, мы начали наш первый эксперимент с просмотра огромной библиотеки различных химических соединений для поиска любых соединений, которые будут пригодны для использования против «дикого типа» ВИЧ-протеазы и ее мутантных вариантов, причем, в нашем случае, протеаза была основной целью ВИЧ-терапии. Мы назвали эту стадию эксперимента «Стадия 1а». Эта терминология отражает последовательный процесс, хотя она не совсем точно отражает реальный ход нашего исследования. В действительности, как большинство исследователей мы проводим множество экспериментов одновременно. Поэтому мы решили представить описание нашей работы в World Community Grig с точки зрения терминологии проводимых нами экспериментов.

Первые 50 процентов наших экспериментов были закончены при помощи сети распределенных вычислений еще в апреле 2006 года. На этой стадии (1а) мы просмотрели около 2000 различных соединений из библиотеки Национального Института Здоровья NCI против набора из примерно 300 структур ВИЧ-протеазы, полученных методом рентгеновской кристаллографии и предыдущим компьютерным моделированием.  Результаты этих огромных вычислений (несколько квадрильонов оценок энергетики соединений) уже получены и проанализированы в первом приближении. В результате были найдены соединения, чья средняя  энергия связи оказалась наилучшей для большинства вариантов протеазы.

Недавно мы заказали и получили 40 наиболее подходящих компонент из Национального Института Здоровья, выбранных нами по результатам проведенного исследования, и сейчас наши специалисты по органической химии в своей лаборатории начали проводить эксперименты по воздействию этих соединений на «дикий тип» и различные другие типы мутировавшей протеазы ВИЧ. Приблизительно 5 из этих 40 соединений показывают хорошую способность в блокировании различных типов протеазы. Эта работа будет продолжаться до выявления самого перспективного из этих соединений. В то же время, мы производим более глубокий анализ результатов эксперимента Стадии 1а. Эта работа принимает различные формы. Более глубокий анализ статистики наших расчетов может выявить и другие перспективные соедининия, которые были пропущены при первичном анализе. Дополнительный анализ взаимодействия между химическими соединениями, связывающими протеазу и различными типами устойчивых к лекарствам мутаций протеазы вируса, могут предоставить важную информацию о взаимодействии между ингибитором и механизмом сопротивления лекарствам.  

Кроме того, результаты нашего первого натурного эксперимента дают нам ценные данные относительно состоятельности и надежности наших вычислительных методов, на смоделированных структурах, которые мы включили в наш набор протеаз. Мы будем использовать эти данные для дальнейшего улучшения наших моделей и наших алгоритмов.

В то время как этот анализ выполняется, мы занимаемся еще тремя экспериментами на World Сommunity Grid. Эксперимент 1б представляет из себя глубокий поиск по библиотеке из всех возможных соединений представленных в  NCI, которая располагает более чем 250 тысяч компонент. Это необходимо для того, чтобы определить, содержит ли наш первичный набор соединений достаточное количества разнообразных образцов для полного репрезентативного представления, из гораздо большего количества химических соединений, которые имеются в наличии вообще.

Даже со всеми нашими вычислительными мощностями, которые предоставляют наши добровольцы, мы не можем исследовать все возможные мутации с этими химическими соединениями, поэтому мы выбираем только несколько («дикий тип»  и некоторые основные мутации) для того, чтобы понять, можем ли мы обнаружить новые соединения, которые пока не попали в наш основной набор. К настоящему моменту мы уже закончили просмотр всей библиотеки на предмет возможного взаимодействия с протеазой «дикого типа» вируса.

Таким же образом в Эксперименте 2 мы осуществили поиск в другой библиотеке, содержащей более 500 тысяч различных химических соединений. Мы закончили просмотр этой библиотеки на предмет взаимодействия с протеазой «дикого типа». Выявив из данной библиотеки соединения, которые имеют достаточную активность против  протеазы «дикого типа», теперь мы будем опробовать эти перспективные компоненты на наборе мутировавших протеаз вируса.

Эксперимент 3 является работой по усовершенствованному методу, базирующемуся на нашей программе AutoDock, в котором моделируется некоторое движение рецептора протеазы, равно как и лиганды. Это является важным шагом в увеличении точности предсказания взаимодействия компонент, поскольку и рецептор белка и ингибитор могут быть гибкими и изменять форму во время взаимодействия.

Эксперимент 4 включает поиск ингибиторов протеазы ВИЧ, которые действуют по совершенно другому принципу, отличному от существующих лекарств. Для этого мы просматриваем библиотеку NCI для поиска соединения против мономера ВИЧ протеазы. Поскольку ВИЧ протеаза функционирует только когда две идентичных цепочки протеинов соединяются, то, если бы мы могли предотвратить соединение цепочек (каждая из которых является «мономером»), то мы могли бы нарушить ее функционирование. Части мономера, вовлеченные во взаимодействие при соединении двух цепочек, похоже, являются очень устойчивыми. Поэтому, если бы мы могли нарушить такое взаимодействие с помощью лекарства, мы смогли бы сдержать сопротивляемость вируса под средством мутации. К настоящему моменту мы уже протестировали около 50 тысяч взаимодействий различных соединений с 22 различными структурами мономеров.

Поскольку мы проверяем результаты наших вычислений экспериментальными подтверждениями, наши последующие эксперименты будут заключаться в разработке вариаций наиболее перспективных соединений и составления из них библиотек, чтобы затем проверить их на различных мутациях протеазы. В эту продолжающуюся работу будут включены также наши усовершенствованные методологии и вычислительные алгоритмы, над которыми мы сейчас работаем.

В настоящий момент мы готовим к выпуску три научные статьи, которые являются прямыми результатами работы, которую мы проделали в рамках проекта FightAIDS@Home. Ваш вклад в эту работу признается с глубокой благодарностью. Что еще более важно, ваше участие в нашей попытке найти лучшее лечение СПИДа, собственно как и разработке самой передовой методологии синтеза новых лекарств, вообще, ценится крайне высоко!

Профессор Артур Дж. Ольсон.
Доктор Гаррет М. Моррис.
Доктор Уильям Линдстром.
Александр Жиллет.
Доктор Ричард К. Белью.
Макс В. Чанг.

Перевод Александра Дмитриева и Евгения Шарапова,
под редакцией Андрея Колкова (с)
fightaidsathome.ru

From Computer to Test Tube...
We have completed our first experiments.  First results from FightAIDS@Home computations are now being tested in the laboratory.
As we approach World AIDS Day 2006, we would like to give an update on our work, and the research directions that we are planning. Recent news indicates that the AIDS pandemic is still very much with us, and in fact is growing again.  The problem of drug resistance has become even more critical, since vaccine development has yet to provide a route to prevention and spread.
We have been running FightAIDS@Home on The World Community Grid for almost one year now, and have reached several important milestones.  Our work is not finished, but we are greatly encouraged by the results that we are getting thanks to the help of our FightAIDS@Home members around the globe who have enabled this research.
As with all scientific research, we run experiments � only our experiments are run on computers.  When we started out a year ago, we began our first experiment, screening a large library of diverse chemical compounds against a panel of "wild-type" and mutant HIV proteases, a major target of AIDS therapy.  We called this "Stage 1a". That terminology implied a sequential process that is not precisely how our experiments proceed.  In fact, like most researchers, we run several experiments at the same time.  Thus we have decided to change how we describe our work on the World Community Grid to be in terms of the experiments that we are running.
50%
Our first experiment finished running on the Grid last April.  In that work, Experiment 1a, we screened about 2,000 diverse compounds from the National Institutes of Health NCI compound library against a panel of about 300 HIV protease structures derived from x-ray crystallography and from computational modeling.  The results of this huge computation (several quadrillion energy evaluations), are now in hand, and have been analyzed in a preliminary fashion, by searching for the compounds whose average binding energy was the best across the most protease variants.  We have now ordered and obtained the 40 top compounds from the NIH, and our wet lab collaborators have run assays of these compounds against wild type and several mutant proteases.  About 5 of the 40 compounds show interesting activity in inhibiting the proteases.  This work is continuing to see if any of these compounds show extraordinary promise.
In the meantime, we are pursuing more sophisticated analyses of the results of Experiment 1.  This work takes several forms.  A deeper analysis of the statistics of our dockings may result in other promising compounds that we did not detect in our first pass. Additionally, an analysis of the relationships between the strength of a compound docking and the kinds of drug-resistant mutant proteases that it docks to, may reveal important information about the relationship between the inhibitor and the mechanism of resistance.  Also, the results of this first experiment are giving us valuable data on the reliability of our computational methods, and on the modeled structures that were included in our protease panel.  We are using this data to improve our models and our algorithms.
While this analysis is being carried out, we are running three more experiments on the World Community Grid.  Experiment 1b is an in depth look at the entire NCI compound library, which contains over 250,000 compounds.  This is needed to determine if the original diversity library is complete enough to represent the much larger set of compounds.  Even with the computational resources that our volunteers are providing, we cannot scan all possible mutants with these compounds, so we are picking only a few (wild type and some relevant mutants) to see if we uncover new compounds that are not in the diversity set.  So far, we have completed the screening of the entire library against the wild-type protease.
Similarly in Experiment 2 we have looked at a different compound library containing over 500,000 distinct chemical compounds. We have completed screening this library against a wild-type protease.  Narrowing down this library to those compounds that have reasonable activity against wild type, we will then screen those promising compounds against the panel of mutants.
Experiment 3 is a test of an improved method for our AutoDock code, where we allow some motion in the protease receptor as well as the ligand.  This is an important step in increasing the accuracy of the resulting docking predictions, since both the protein receptor and the inhibitor can be flexible and change shape as they interact.
Experiment 4 involves looking for HIV protease inhibitors that work by a totally different mechanism than existing drugs.  For this, we are screening the NCI library against the HIV protease monomer.  Since HIV protease functions only when two identical chains of the protein come together, if we can prevent the chains (each one is termed a "monomer") from joining, we can disrupt its function.  The parts of the monomer that are involved in the interface joining the two chains appears to be highly conserved, so if we can disrupt this interface with a drug, it may deter resistance by mutation. So far we have run about 50,000 dockings of the diversity set against 22 different monomer structures.
As we combine our computational results with experimental validation, our follow-on experiments will be to develop variations of the most promising compounds into libraries that we can screen against a panel of protease mutants.  In this on-going work we will also incorporate our improved methodologies into the computational procedures that we run.
There are now three scientific papers in preparation that are the direct result of the work that we have done on FightAIDS@Home.  Your contributions to this work are gratefully acknowledged.  More importantly, your involvement in our attempts to develop better AIDS treatments and novel drug-development methodologies is greatly appreciated.
Prof. Arthur J. Olson
Dr. Garrett M. Morris
Dr. William Lindstrom
Alexandre Gillet
Dr. Richard K. Belew
Max W. Chang
References
1. Brik, A., et al., 1,2,3-triazole as a peptide surrogate in the rapid synthesis of HIV-1 protease inhibitors. Chembiochem, 2005. 6(7): p. 1167-9.
2. Heaslet, H., et al., Structural Insights into the Mechanisms of Drug Resistance in HIV-1 Protease NL4-3. J Mol Biol, 2005.
3. Whiting et al. Inhibitors of HIV-1 Protease through In Situ Click Chemistry. Angewandte Chemie, 2005.
A plot showing the predicted binding energy of the top-scoring ligands versus the various HIV Proteases from x-ray crystallographic experiments.  The band of blue, green and yellow colors along the top are the clinically-approved protease inhibitors.

 

Обсудить на форуме fightAIDS@home
СПАСИБО ЗА ПОДДЕРЖКУ ПРОЕКТА!

 
на главную страницу

 

 

Rambler's Top100 www.LinkFinest.ru - Аннотированный каталог ресурсов интернет. Система поиска по каталогу.

Рейтинг@Mail.ru

©  Russia г. Москва 2006 г.