Počítačová chemie a bioinformatika

Pracovní skupina se zabývá využitím počítačových technologií při vývoji širokého spektra potenciálních léčiv. Mezi rutinně prováděné činnosti patří v první řadě molekulárně mechanické a kvantově chemické výpočty. Nejvýznamnějšími molekulárně mechanickými úlohami, kterými se na našem pracovišti zabýváme, jsou flexibilní molekulární docking, molekulární dynamika a strukturně založený virtuální screening. Dále rovněž provádíme na úrovni molekulární mechaniky konformační analýzu chemických modelů, jejíž výsledky jsou předstupněm náročných kvantově chemických výpočtů. Z množiny dostupných kvantově chemických výpočtových metod aplikujeme především ty metody, které jsou založené na teorii funkcionálu elektronové hustoty (DFT), obzvláště pak hybridní varianty kombinující např. Beckův funkcionál výměnné elektronové energie s exaktní energií z Hartree-Fockovy teorie (např. B3LYP). Výsledné kvantově-chemické modely slouží především k odvození kvantově-chemických deskriptorů a následnému studiu vztahů mezi strukturou a aktivitou metodami QSAR (quantitative structure-activity relationships). Pro výpočty kvantově chemických deskriptorů a QSAR, popř. 3D QSAR, analýzy vyvíjíme vlastní algoritmy a počítačové programy.

Data nashromážděná ve fázi chemických výpočtů jsou analyzována nejrůznějšími nástroji data miningu, přizpůsobenými potřebám bioinformatiky. Pro rozsáhlá data o potenciálních léčivech jsou vytvářeny strukturované databáze na platformě MySQL, a tato data jsou zpracována např. metodami ligandově založeného virtuálního screeningu. Filtraci databáze ligandů provádíme např. podle pravidel Lipinského v kombinaci s hledáním strukturních podobností vzhledem k vybrané předlohové látce (tzv. lead structure). Další metody data miningu jsou zastoupeny statistickými nástroji, jako je několikanásobná lineární regrese (MLR), regrese částečně nejmenších čtverců (PLS), analýza základních komponent (PCA), shluková analýza (CA) a umělé neuronové sítě (ANN). Získané statistické modely jsou řádně validovány (např. pomocí krosvalidace a kontroly predikce závisle proměnné v externím setu látek) a následně využity při návrhu nových potenciálně bioaktivních struktur.

V oblasti racionálního designu léčiv s využitím moderních počítačových tehnologií (virtuální screening, paralelní a distribuované výpočty, atd.), v SAR/QSAR studiích a v aplikované počítačové chemii nabízíme spolupráci. Vítaná je především spolupráce s inovativními pracovními skupinami, které hledají nové předlohové struktury, a mají možnost provádět jak organickou syntézu, tak sofistikovanou biologickou analýzu.

Využívané aplikace:
Gaussian, Matlab, Statistica, AutoDock Vina, Gromacs, PyMOL, Schrödinger, HyperChem, Spartan, aj.

Spolupracující počítačová centra:
FIM UHK, MetaCentrum, IT4Innovations.

For English version click here