Для создания новых лекарств все чаще используются подходы структурной биоинформатики. Для того чтобы начать уверенно чувствовать себя в данной области, необходимо получить достаточные знания о принципах организации и хранения данных о структуре молекул, а также принципах устройства алгоритмов, применяющихся для автоматизации работы с информацией об этих структурах.
Первая часть курса посвящена методам получения, обработки и хранения данных о структурах биологических макромолекул. Будут обсуждаться различные физико-химические методы определения этих структур, включая рентгеноструктурный анализ, криоэлектронную микроскопию и ЯМР-спектроскопию, а также современные достижения в области предсказания структур белков по последовательности, включая AlphaFold. Будут обсуждаться особенности PDB и mmCIF как форматов хранения данных о структурах белков. Также будут рассмотрены типичные ошибки в моделях структур и методы их корректировки.
Вторая часть курса рассматривает программные способы работы с информацией о структуре биомакромолекул и производные от координат свойства пространственных структур. Будут рассмотрены поверхности молекул, алгоритмы их построения и вычисления площади. Мы также поговорим о карманах и полостях на поверхностях белков, способах их выделения и связывании малых молекул на поверхности. Отдельная лекция посвящена алгоритмам выделения гидрофобных ядер и структурных доменов. Также рассмотрим методы пространственного сопоставления и структурного выравнивания белков, а также различные метрики структурного сходства. На семинарских занятиях данного раздела студенты будут реализовывать ряд рассмотренных алгоритмов в виде кода для рассмотрения свойств конкретных примеров белковых структур.
Дальнейшие разделы посвящены различным подходам к дизайну лекарств на основе данных о пространственном строении белков. Вначале будут обсуждаться способы взаимодействий малых молекул с белками и их влияние на функциональные свойства белка. Затем будут рассмотрены методы, основанные на анализе структуры белка-мишени. На семинарских занятиях студенты освоят методы молекулярного докинга с применением различных скоринг-функций. Затем будет освещаться дизайн от структуры малой молекулы, способы генераций конформаций для заданных молекул, а также библиотек соединений для дизайна лекарств. Дополнительно будут рассмотрены стадии разработки лекарственных средств и дана информация о процедуре получения патента на разрабатываемые лекарства.
В рамках курса также будут выработаны практические навыки использования методов структурной биоинформатики и понимание границ их применимости. Важной задачей курса является развитие у студентов умения формализовать задачи о связи структуры и функции биомакромолекул в том виде, с которым возможно работать алгоритмически.
Преподаватели
- Валентина Маслова