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关于计算机辅助中药寻靶的对话

已有 2169 次阅读 2011-5-19 11:34 |系统分类:科普集锦| 计算机, 中药, 寻靶

一位中国人王崇古先生得了感冒,中医判断他外感风寒,给他开了清热解表的中药。另一位欧洲人怀斯特先生也得了感冒,西医判断他是上呼吸道感染,给他开了止咳药和抗生素。王崇古先生端着一碗煎好的汤药,怀斯特先生拿着两粒胶囊。两个人都信心满满,相信手中的药能为他们驱除病痛,恢复健康。这时,我拦住了这两位病人,问道,“你们为什么相信手中的药物能令你们康复呢?”

王崇古先生首先开口,他略带骄傲的说,“我要服用的中药,在中国已经被延用了上千年,世世代代的中国人都使用这种药物治疗疾病,其有效性当然是不言而喻了”。怀斯特先生也不示弱,“我现在要吃的药物是最新药物化学的研究成果,是世界上最大的制药公司花费了二十年的时间,投入了十亿美金研发出来的最新药物,从分子、细胞、各类实验动物一直到临床实验,都证明了这种药物的有效性。但更重要的是我清楚的知道胶囊中药物分子的结构,这些分子会与体内的哪些酶发生作用,作用的时间有多久,这些药物经过多长时间会被排出体外。我们通常把这些被作用的酶称为‘药物靶点’,每种药物必须清楚的找到对应的靶点才能被使用”。“能治病就得了,知道那么多干什么?” 王崇古先生在旁边喃喃的说。

“既然你们对自己的药物都这么有信心,那么你们是否可以交换一下,使用对方的药物治疗自己的病,可以吗?”我好奇的问。两个病人对视一下,王先生首先拿过了怀斯特先生手中的胶囊,由于从小学就开始接受现代科学的教育,王先生很快理解了怀斯特先生对西药的解释,并相信这些对西方人有效的药物也能够治好他的感冒。相反,怀斯特先生端起那碗热气腾腾的汤药时,心里却是惴惴不安的,看着碗中深褐色略带刺鼻气味的液体,他想“这里面至少有几百种成分吧,哪些是对我的病有作用的呢,怎么起作用的呢?我怎么知道不会有对我身体有害的成分在里面呢?”。王先生看到怀斯特先生犹豫不决,于是进一步解释道“你的病是由于寒邪入侵,你手里的中药能散外邪、清内火、解表、驱寒……”。怀斯特先生听的一头雾水,“不不不,想让我相信这种药物能治病,必须得按照现代科学的评价标准,清楚的告诉我这里面到底有哪些化合物,这些化合物的靶点和结合方式是什么。如果搞不清楚,我是不会把它喝下去的!”

王先生说,“我倒是可以找植物化学家和分析化学家帮助解决成分的问题。不过要想搞清楚这里面的每种成分的靶点就有些困难了,需要把每种成分都分离出来,之后与人体内的每一种靶点蛋白逐个做结合性实验”。“大约需要多长时间多少经费呢?” 怀斯特先生问。王先生想了一下,“如果要全搞清楚,大约要几十年的时间,几十亿美元的投入吧。”两个人都沉默了。

“我想我能帮助你们解决这个问题。”在一旁听了很久的凯姆因佛博士这时插话进来,“我可以使用计算机缩短所需的时间!”两位先生一下子来了兴趣,“是吗,说来听听!”

“我有三个方案可以解决这个问题” 凯姆因佛博士清清喉咙准备开讲。“第一种是分子对接的方法”。“什么对接?”王崇古先生不解的问。“哦,是分子对接。结构生物学家现在已经得到了人体内的很多靶标的三维结构,我们将这些信息存入计算机,之后将药物小分子的结构也放进去,使用专门的软件模拟它们之间的相互作用,这叫分子对接。如果经过计算它们能结合的很紧密,那么这个蛋白就很可能是这种分子的靶点了。”凯姆因佛博士说。“这种方法大约需要多长时间多少经费呢?”怀斯特先生又提出了相同的问题。“全部计算的时间估计要一两年吧” 凯姆因佛博士回答,“不过对结果的分析需要更长的时间,因为有很大一部分结果可靠性比较低,需要使用专业知识进行评价。”

第二个是基于化合物的方法,我们可以将作用于某一个靶点的所有化合物都收集起来,通过比较它们分子结构的异同,并结合它们的生物活性数据,建立起结构-效能关系模型,或者建立药效团模型。如果对所有靶点都建立起来这种模型,那么我们可以在很短时间里得到那种中药分子与靶点之间的作用关系了。

“第三个方法是结构比较。”凯姆因佛博士转向怀斯特先生问“您知道现在上市的化学药有多少种吗?” 怀斯特先生想了一下,“大概有2000种吧,不过有药物活性数据的化合物有几十万种呢。” 凯姆因佛博士说“我们有很多种算法,可以将中药中的活性成分与这2000或者几十万种药物进行分子结构的比较,如果发现某种中药活性成分与一种已知药物分子结构非常接近,那么它们很可能作用于同一个靶点。这种方法是最快的!”王先生问道“可靠性高吗?”凯姆因佛博士笑笑说“也需要有深厚药学知识的专家进行判断,有时候仅仅一个原子的变化就可能完全改变整个化合物的性质,还有的时候即便结构发生了很大的变化却不会影响与靶点的作用方式。”

“原来还是离不开人的参与啊!”王先生感慨说。凯姆因佛博士说“计算机和其他机器一样从来都是人的助手,未来也是一样。就像一辆飞驰的汽车,虽然司机做的工作只是转转方向盘,但却是保证行驶安全的最重要因素。”两位听的先生都点头表示赞同。



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2 赵凤光 杨亚军

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