使用有针对性的计算机建模加速抗病毒药物的开发

现在和将来都迫切需要针对COVID-19等病毒性疾病的有效药物。病毒突变体和未知病毒的出现可能会将疫苗推向极限。

来自蒂宾根大学的DZIF科学家和生物信息学家Andreas Dräger正在研究一种基于计算机的方法，该方法可以帮助加速耗时的抗病毒药物鉴定和开发。德尔格周围的研究团队使用适用于任何病毒和宿主细胞类型的新型分析技术，现已创建了一个模型来检测可抑制 SARS-CoV-2 复制的其他宿主细胞靶标。

“有效的大流行防范需要新的、广泛有效的抗病毒药物，病毒无法迅速产生耐药性，”蒂宾根大学初级教授、蒂宾根控制微生物抗击感染卓越集群(CMFI)成员德尔格解释说。“但是药物开发需要太多宝贵的时间，这在紧急情况下是迫切需要的。

德尔格希望通过计算机建模来纠正这种情况。2021年，蒂宾根研究小组在模型中发现了一种人类酶——鸟苷酸激酶1，它是病毒复制不可或缺的，可以在不损伤细胞的情况下关闭。现在，生物信息学家与他的同事一起开发了一种新的模型来检查其靶标的有效性。“通过改进的分析技术，我们现在可以专门模拟许多不同类型组织中的病毒感染，”当前研究的第一作者Nantia Leonidou解释说。

在模型中观察病毒感染后的宿主代谢

利用其集成系统生物学模型来模拟支气管上皮细胞中的SARS-CoV-2感染，研究人员可以识别可以抑制以抑制病毒复制的基于宿主的代谢途径。

“如果你知道病毒的组成，你可以运行不同的场景，看看宿主细胞中的生化反应在病毒感染过程中是如何变化的，”德尔格说。该团队开发了高质量的软件，以细胞类型特异性的方式模拟感染。

确定的新目标

将该模型应用于另一种细胞类型，研究小组确认了先前确定的靶点鸟苷酸激酶1，并发现了其他具有显着抗病毒作用的新生化靶点。最有希望的新热门是CTP合酶1。在模型中抑制这种酶使病毒生长减少了62%，而不影响人类宿主细胞的维持。

这两种靶分子都与遗传物质的结构密切相关，这需要在病毒和宿主细胞中具有相同的构建块。德尔格团队认为，这些发现为加速病毒抑制剂的开发提供了重要基础。

“我们的模型可以代表药物开发的范式转变，并加速临床前阶段，”Nantia Leonidou强调说，“这些方法完全可以转移到任何病毒和宿主细胞类型，并且在商业上也是可行的。

该研究发表在PLOS Computational Biology上。德尔格的团队现在计划将他们的方法应用于其他病毒。他们发现的酶的第一批抑制剂将在动物模型中测试安全性，毒性和有效性。

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