Tuberkulose (TB) ist eine der führenden Ursachen des Todes von ansteckenden Krankheiten ist. Weltweit entfallen rund 1,3 Millionen Todesfälle und 10,4 Millionen Menschen entwickeln die Krankheit jedes Jahr.
Die standard-first-line-Behandlung verwendet für neu diagnostizierte TB-Patienten, beinhaltet vier verschiedene Medikamente über einen Zeitraum von sechs Monaten. Manche Patienten erleben unterschiedlichem Grad der Nebenwirkungen, die als Ergebnis. Diese Faktoren haben dazu geführt, Patienten, die säumigen auf Ihre Behandlung. Dies wiederum führte zu einem Anstieg der Resistenzen.
TB-Droge-Widerstand – wenn die Bakterien werden resistent gegen mindestens eine anti-TB-Medikament – ist ein wachsendes problem auf der ganzen Welt. Aktuelle Behandlungen, die mehr als ein Medikament bekannt als Kombinationstherapie haben sich unzulänglich, weil die Bakterien entwickelt haben Möglichkeiten, um zu überleben, auch wenn Antibiotika verwendet werden. Schätzungsweise 3,5% der neuen Fälle und 18% der zuvor behandelten Fällen von Tuberkulose sind resistent. Es ist daher immer noch eine Notwendigkeit, um alternative Medikamente. Aber der drug discovery-Prozess ist Recht lang (10-15 Jahre). Diese timeline kann verkürzt werden mit Hilfe von Computern.
In einer Anstrengung, neue Wege zu finden, die überwindung das problem, meine Kollegen und ich in der South African National Bioinformatics Institute und der school of pharmacy an der University of the Western Cape verwendet eine Reihe von computer-Strategien zu identifizieren, alternative Medikamente. Die Ergebnisse wurden vor kurzem veröffentlicht in der Plos One-Journal.
Unsere Forschung stellt eine kostengünstige alternative Möglichkeit zur Bewältigung von Resistenzen durch die Identifizierung von Medikamenten, die verhindern, dass die Bakterien von der überwindung der Drogen-Druck. Mit Hilfe von computer-Modellierung, die wir identifizieren konnten neue Medikamente durch den Aufbau einer zuverlässigen Nachbau der bakteriellen protein-und dann arbeiten Sie heraus, was die beste Ausrichtung ist für das Medikament passt nicht in das bakterielle protein.
Laufende Studien mit einer Kombination von Medikamenten untersuchen, die Wirkung der Drogen zu stoppen das Wachstum der Bakterien. Dies wiederum könnte zu einem neuen Medikament in der Behandlung zu schlagen Medikamenten-resistenten TB.
Die Suche nach einer Lösung
Eine Möglichkeit, die Bakterien in der Lage ist, zu überleben Droge Druck, indem Proteine, die Abmilderung der Auswirkungen der Droge, wie Pumpen, die Medikamente aus der Zelle heraus. Da einige Antibiotika sind nur wirksam, wenn Sie innerhalb der bakteriellen Zelle, dass Sie unwirksam Behandlungen.
Die Proteine, die diese Rolle spielen, sind die sogenannten efflux-Pumpen. Sie sind sehr wichtige Ziele in der drug discovery-Prozess. Aber es war ein Kampf zu identifizieren, die Medikamente, die standhalten kann die Wirkung der efflux-Pumpen, die mit einer Zahl entlassen, da Sie entweder zu giftig oder einfach unwirksam.
Mit Hilfe von computer-Modellierung haben wir versucht zu identifizieren, die ein Medikament bindet an den efflux-Pumpen-protein.
Zuvor ist der gold-standard für die Identifizierung von Drogen mit der Aktivität gegen das Bakterium wurde die Verwendung von wet-lab screening – wächst der Fehler in einer Petrischale und das hinzufügen von Drogen und Messung der Verlust der Kolonie-bildenden-Einheiten. Dies ist eine Hochdurchsatz-Methode, wobei große Anzahl von Medikamenten können Hinzugefügt werden, um verschiedene Brunnen auf einem Teller mit der wachsenden Fehler. Dieser Ansatz ist nur möglich, spezialisierte Labore, die nicht nur erfüllt biosafety-Normen, sondern verfügen über große Mittel.
Der Ansatz hat einen weiteren Nachteil: viele der Wirkstoffe identifiziert, die möglicherweise binden an menschlichen Wirkstoff-targets, die wiederum schädlich sein könnte, um den menschlichen Wirt.
Dies ist, wo der Einsatz von Computern erweist sich als nützlich. Sie können die Entwicklung von Medikamenten, die gezielt die efflux-Pumpen und reduzieren den Schaden für den Menschen. Diese computer-basierten Methoden wurden in der Vergangenheit entwickeln verschiedene Medikamente gegen verschiedene Krankheiten wie HIV, bakterielle Infektionen und die Alzheimer-Krankheit.
Computer simulieren die Arbeit in einem Labor von komplexen Berechnungen. Das ist mächtig bei der Arbeit mit tausenden von kleinen Medikamenten-Moleküle, die ausgewertet werden muss, als eine mögliche Behandlungsoption.
Der erste Schritt in unserer Forschung ging es um den Aufbau einer drei-dimensionalen Form des proteins mit Hilfe von computer-Programmen. Der nächste Schritt war die Passform der Drogen in die protein-Form zu finden, die am besten passen. Diese Eliminierung kann alles von ein paar Wochen – wenn auch nur eine kleine Anzahl von Computern verwendet werden, um ein paar Tage, wenn ein cluster von high-performance-Computern verwendet wird.
24 die Computer, die den Prozess schneller und effizienter.
Kosten-nutzen –
Mit einer großen Anzahl von Computern für das screening von Drogen reduziert die Kosten und Zeitaufwand für die Erprobung Wirkstoff-Kandidaten im Labor. Ein weiterer Vorteil ist, dass Sie es beseitigen können Medikamente, die sehr wahrscheinlich scheitern, später in klinischen Studien.