Науковці досліджують причини болю та шукають засоби для його подолання
Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України розташований у північній частині столиці. До села Мощун, де у лютому-березні 2022 року точилися запеклі бої, звідси – менше двадцяти кілометрів. Попри обстріли й загрозу штурму Києва, співробітники установи весь березень підтримували складну обчислювальну апаратуру в робочому стані. Від цього залежало майбутнє важливих досліджень, розпочатих до війни. Зокрема, проєкту «Ензими посттрансляційних модифікацій білків мікротрубочок, в якості мішеней для інгібування збудливості первинних ноціцептивних нейронів периферійної нервової системи», який науковці інституту виконували за кошти грантового фінансування Національного фонду досліджень України.
Керівник проєкту, завідувач лабораторії біоінформатики та структурної біології інституту Павло Карпов у перші дні повномасштабного вторгнення продовжував читати лекції онлайн. Вікна вченого виходять на аеропорт «Жуляни» і 26 лютого, прямо під час лекції для аспірантів, почалося бомбардування аеропорту. Рівним голосом науковець закінчив заняття, повідомив, що графік лекцій буде скориговано залежно від ситуації на фронті. Відновити лекції вченому вдалося лише через пару місяців.
…Війна «розкидала» членів команди проєкту різними регіонами України. Але відстань не стала на заваді продовженню наукової роботи. Виручили технології дистанційної роботи (їх опанували ще під час пандемії) та підтримка колег з-за кордону. «Аж до удару по енергетичній інфраструктурі у жовтні 2022 року нам вдавалося підтримувати в робочому стані основний обчислювальний кластер і використовувати його для досліджень у віддаленому режимі», – розповів науковець.
Проєкт, закінчити який у 2022 році завадила війна (і який команда сподівається завершити в 2023 році), надзвичайно важливий. Науковці сподіваються, що результати їхньої роботи допоможуть зробити ще один крок до розуміння механізмів виникнення болю (від якого страждають близько 20 відсотків людей у світі) і визначити перспективні знеболювальні агенти за допомогою віртуального скринінгу й експериментальної верифікації.
Дослідження виконують команди двох наукових установ: Інституту харчової біотехнології та геноміки НАН України та Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України. Обидві установи мають унікальні наукові школи, результати роботи яких стали підґрунтям сьогоднішніх досліджень.
Зокрема, став у пригоді досвід лабораторії біоінформатики і структурної біології Інституту харчової біотехнології та геноміки НАН України, яка вивчає цитоскелет за допомогою сучасних спеціалізованих комп’ютерних обчислень. А також – досвід участі в Державній цільовій науково-технічній програмі з впровадження та застосування грід-технологій. Участь у програмі допомогла відпрацювати методологічні прийоми для розв’язання питань віртуального скринінгу в межах проєкту.
– Безцінним є й досвід наших партнерів з Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України, – додав Павло Карпов. – Група, яку очолює академік Олег Кришталь, виконувала фундаментальні та прикладні дослідження молекулярно-біологічних аспектів нейрофізіології і, зокрема, дослідження щодо виникнення і подолання больового синдрому. Колеги мають напрацювання та технології для експериментальної перевірки ефективності знеболювальних агентів. Для цього, зокрема, застосовують тестові модельні системи живого нейрона.
За допомогою яких інструментів науковці розраховують досягти успіху?
Вчений розповів, що традиційний пошук нових знеболювальних агентів може тривати десятиліття, особливо, якщо шукати речовини, спрямовані на нові молекулярні мішені. Саме тому для пошуку знеболювальних агентів науковці використовують нові обчислювальні методи структурної біо- та хемоінформатики. «Завдяки цим методам у драгдизайні вже відбувся значний прорив. Якщо говорити просто, то мова йде про використання комп’ютерів і відповідних програм для відбору перспективних молекулярних мішеней, уточнення механізмів можливого медикаментозного впливу та просіювання багатомільйонних бібліотек речовин. Ці програми допомагають відібрати максимально компактну групу перспективних речовин. А також – виключити речовини з ймовірними побічними ефектами та речовини, що не здатні розчинятися чи проникати в клітину», – пояснив співрозмовник.
З первинної багатомільйонної бази до лабораторного дослідження доходить лише кілька десятків перспективних речовин. Надалі ці речовини-лідери можуть бути модифіковані за допомогою даних структурної біоінформатики. А це, в свою чергу, відкриває можливість для комбінаторного синтезу найбільш ефективних похідних.
– Відомо, що до перспективних молекулярних мішеней подолання болю належать певні ензими, що регулюють мікротрубочки і цитоскелет, – продовжив розповідь Павло Андрійович. – Наша мета – на підставі комплексного дослідження визначити зв’язок між активністю ряду ензимів, що модифікують білки цитоскелету та причетні до формування больового сигналу і знайти фармакологічні засоби впливу на ці молекулярні мішені.
Дослідження науковців включають і так звані «мокрі» лабораторні досліди (in vitro), і обчислювальні (in silico) хемо- та біоінформатичні дослідження. Останні можна виконати за умови безперебійної роботи десктоп-станцій, обчислювального кластера інституту та ресурсів Української національної Грід-мережі. Іншими словами – постачання електричної енергії має бути безперебійним…
На щастя, ще до масованих ракетних атак по енергетичній інфраструктурі України науковці встигли визначити пріоритетні молекулярні мішені та виконати найбільш ресурсоємні обчислення. Також вчені перевірили первинні багатомільйонні бібліотеки речовин та визначили перспективні опорні речовини-лідери. «Водночас, наші колеги з Інституту фізіології ім. О.О. Богомольця встигли розробити тестову систему та перевірити відібрану нами групу перспективних речовин», – додав Павло Карпов.
Попри призупинення грантового фінансування і ракетні удари по енергетичній структурі, вчені знайшли опорні речовини та з’ясували їх хімічну структуру та молекулярну мішень. А лабораторні дослідження підтвердили їхню ефективність.
Ці речовини науковці планують використати для подальших електро-фізіологічних експериментів та отримання наступних ефективних сполук.
– Сподіваємося, що на основі отриманих знань та визначених агентів будуть впроваджені інноваційні протоколи медикаментозної корекції порушень, які виникають при хронічних больових станах різної етимології, – наголосив Павло Карпов. – Важливо, що ми використовуємо бібліотеки сполук українських компаній. Тобто наше дослідження є самодостатнім національним проєктом. Українська наука і українські компанії, які спеціалізуються на драгдизайні, працюють разом, і ми впевнені, що взаємодія науки і бізнесу дасть хороші результати.
Світлана ГАЛАТА
