TSUBAME суперкомпьютер предсказывает проницаемость клеточной мембраны для циклических пептидов

Ученые из Токийского технологического института разработали вычислительный метод на основе масштабного молекулярно-динамического моделирования для предсказания проницаемости клеточной мембраны для циклических пептидов с использованием суперкомпьютера. Их протокол показал многообещающую точность и может стать полезным инструментом для разработки и открытия лекарств на основе циклических пептидов.

Циклические пептиды привлекают внимание как перспективная альтернатива традиционным низкомолекулярным препаратам. Однако крайне сложно спроектировать циклические пептиды с высокой проницаемостью через клеточную мембрану.

Ученые из Лаборатории IT-разработки лекарств средних молекул (MIDL) представили протокол для предсказания проницаемости с помощью молекулярно-динамического моделирования. Даже одна симуляция для пептида из восьми аминокислот требует огромных ресурсов.

Ключевые достижения:

• Впервые проведено комплексное моделирование для 156 различных циклических пептидов.
• Симуляция одного пептида по новому протоколу заняла около 70 часов с использованием 28 GPU на суперкомпьютере TSUBAME 3.0 в Токийском технологическом институте.
• Предсказанные значения проницаемости показали приемлемую корреляцию с экспериментальными данными (коэффициент корреляции R = 0,63).
• Анализ выявил, что на проницаемость сильно влияет сила электростатических взаимодействий между атомами пептида и окружающей средой (липидной мембраной и молекулами воды).
• Моделирование показало, как пептиды проникают через мембрану, меняя ориентацию и конформацию.

Это исследование проливает свет на механизмы проницаемости и дает руководство для проектирования более эффективных молекул, что внесет вклад в разработку пептидных препаратов следующего поколения.

Ученые уже работают над более совершенным протоколом моделирования для повышения точности и планируют внедрить методы глубокого обучения для увеличения скорости и точности предсказаний.