共同抗“疫” AWS加速新冠病毒的药物筛选

 人工智能技术     |      2020-04-09 14:06

导读:在义和团年初,新型冠状病毒袭击了人们,扰乱了人们的工作和生活。除了“逆潮流而动”的医务工作者之外,还有更多的研究人员分析病毒、筛选潜在药物和开发疫苗。上海交通大学陈海

在义和团年初,新型冠状病毒袭击了人们,扰乱了人们的工作和生活。除了“逆潮流而动”的医务工作者之外,还有更多的研究人员分析病毒、筛选潜在药物和开发疫苗。上海交通大学陈海峰研究小组就是其中之一。

在新型冠状病毒疫情爆发期间,陈教授的研究团队积极开展研究准备工作。在新型冠状病毒潜在药物的筛选中,利用AWS CPU实例快速构建虚拟药物筛选流程,利用GPU实例构建分子动力学模拟分析流程,从而发现有效药物分子的可能性。

药物发现涉及多个阶段,并不容易。

陈海峰研究小组隶属于上海交通大学生命科学与技术学院生物信息学与生物统计学系和微生物代谢国家重点实验室。其主要研究方向是虚拟药物筛选,分为两个方向:一是天然随机蛋白质的精确分子力场研究;二是通过计算机辅助创新药物设计,找到药物与靶蛋白的匹配关系,从而找到治疗特定疾病的相关药物。

上海交通大学陈海峰研究小组

新型冠状病毒出现后,许多医疗机构和科研机构都在积极寻找治疗该病毒的药物。然而,在新病毒出现后,要完成最终的药物发现需要几个阶段,这并不容易。陈海峰教授说:新病毒出现后,我们首先分离出病毒株;对分离后的病毒进行基因测序;测序完成后,分析病毒基因组的序列,找到能够编码蛋白质的重要基因,即关键蛋白质;在下一步中,通过X射线衍射或冷冻电子显微镜测定病毒蛋白质的三维结构作为药物筛选的目标。然后,计算生物学可以用来评估哪些小分子化合物可以与已知的蛋白质目标很好地结合。在获得虚拟筛选结果后,验证是否可以通过特定的方法抑制病毒,如细胞实验;以下是通过动物模型验证药物有效性的临床试验。然后是人体的第三阶段临床试验,评价药物的安全性和疗效,并通过大量试验确定药物的剂型。

陈海峰教授说,天然随机蛋白质是一类在生理条件下没有稳定三级结构的蛋白质。真核蛋白质组中此类蛋白质的含量超过40%,与肿瘤、心血管疾病、神经退行性疾病、糖尿病等复杂疾病的发生发展密切相关。由于它们难以结晶,现有的测试方法很难确定它们的结构。因此,计算机生物学方法已经成为研究这类蛋白质的重要方法。为了研究这类蛋白质,我们发展了一个相关的分子力场,即基于ff03分子力场,通过增加基于晶格的能量修正项,发展了一个平衡而有效的分子力场ff03CMAP。这一力场受到了国际国内同行的广泛关注。


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