В МФТИ научились моделировать поведение клеточных мембран для предсказания влияния лекарств и ядов

• Объем данных для анализа поведения молекул клеточных мембран сократился в 10 раз, а точность снизилась лишь на 10%

• Метод упростит создание новых лекарств и поможет в борьбе со старением

Ученые из МФТИ создали метод моделирования, способный с высокой точностью и относительно быстро описывать “ответные реакции” клеточных мембран на молекулы лекарств и токсинов, что позволит заранее, без всяких экспериментов просчитывать влияние препаратов на клетки. Исследование опубликовано в Journal of Chemical Theory and Information.

«Особенность нашего метода в том, что он обеспечивает полное численное описание изменений в молекуле. Мы можем отслеживать положение сразу всех атомов, при этом каждому варианту структуры присваивается значение, которое можно использовать для статистического анализа», — говорит ведущий автор исследования Иван Гущин, заведующий лаборатории структурного анализа и инжиниринга мембранных систем, созданной в Центреисследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ в рамках проекта 5топ100.

Моделировать поведение биологических молекул крайне затруднительно, поскольку нужно описывать движение каждого ее атома - даже для небольшой молекулы из 54 атомов получится 156 наборов чисел. Огромные массивы информации, полученные в результате моделирования, сложно и долго обрабатывать и интерпретировать.

Группа под руководством Гущина нашла способ значительно упростить анализ результатов моделирования, при этом почти не потеряв в точности описания движения. Авторы исследования использовали для обработки исходящих данных метод главных компонент — способ обработки, который выделяет из данных наиболее существенные. Это в 10 раз сократило объем данных, а точность снизилась лишь на 10%.

Метод был проверен на липидной молекуле DOPC (диолеоилфосфатидилхолин), хорошо изученной экспериментально. Для моделирования было выбрано восемь разных силовых полей - наборов параметров для описания взаимодействия всех атомов. Одни силовые поля описывают взаимодействия между атомами очень подробно, другие -- грубо и приближённо. После этого к полученным данным авторы применяли метод главных компонент.

Оказалось, что для описания движения молекулы из 54 атомов достаточно всего 14 "компонент", то есть совместных движений какой-то группы атомов в молекуле. Одна из компонент, к примеру, отвечает за движение двух “хвостов” у молекулы DOPC в разные стороны, наподобие ножниц.