Als je een speld in een hooiberg zoekt, het is het beste om te weten hoe hooi eruit ziet. Een internationaal team van onderzoekers heeft dit idee toegepast op de zoektocht naar nieuwe geneesmiddelen, het ontwikkelen van een techniek die de kans verkleint dat bekende verbindingen eenvoudigweg herontdekt worden.

In een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Natuurcommunicatie , onderzoekers van de Carnegie Mellon University; de Universiteit van Californië, San Diego; en St. Petersburg State University in Rusland beschrijven een nieuwe manier om enorme opslagplaatsen van door microben geproduceerde verbindingen te doorzoeken. Door de massaspectra van de verbindingen te analyseren, ze waren in staat om bekende verbindingen in de repository te identificeren en deze uit verdere analyse te verwijderen, in plaats daarvan focussen op de onbekende varianten - de naalden in de hooiberg - die mogelijk betere of efficiëntere antibiotica zijn, geneesmiddelen tegen kanker of andere geneesmiddelen.

Binnen een week, draait op 100 computers, het algoritme, genaamd Dereplicator+, gesorteerd door een miljard massaspectra in het Global Natural Products Social moleculaire netwerk bij UC San Diego en identificeerde meer dan 5, 000 veelbelovend, onbekende verbindingen die nader onderzoek verdienen, zei Hosein Mohimani, assistent-professor bij de afdeling Computational Biology van CMU en eerste auteur van het artikel.

Het algoritme dat deze moleculaire zoekmachine aandrijft, is nu beschikbaar voor gebruik door elke onderzoeker om aanvullende repositories te bestuderen.

Vroeger, massaspectrometriegegevensopslagplaatsen zijn onderbenut omdat het moeilijk was om ze te doorzoeken en omdat die inspanningen tot nu toe werden geplaagd door een hoge mate van herontdekking van bekende verbindingen.

"Het is ongelooflijk hoe vaak mensen penicilline hebben herontdekt, ' zei Mohimani.

Analyse van de massaspectra van de verbindingen - in wezen, een meting van de massa's in een monster dat is geïoniseerd, is een relatief goedkope manier om mogelijke nieuwe geneesmiddelen te identificeren. Maar bestaande technieken waren grotendeels beperkt tot peptiden, die eenvoudige structuren hebben zoals kettingen en lussen.

"We keken alleen naar het topje van de ijsberg, ' zei Mohimani.

Om het grotere aantal complexe verbindingen met verstrengelde structuren en talrijke lussen en vertakkingen te analyseren, de onderzoekers ontwikkelden een methode om te voorspellen hoe een massaspectrometer de moleculen uit elkaar zou halen. Beginnend met de zwakste ringen, de methode simuleerde wat er zou gebeuren als de moleculen uit elkaar vielen. 5 gebruiken, 000 bekende verbindingen en hun massaspectra, ze trainden een computermodel dat vervolgens kon worden gebruikt om te voorspellen hoe andere verbindingen zouden afbreken.

Mohimani zei dat Dereplicator+ niet alleen bekende verbindingen kan identificeren die niet verder hoeven te worden onderzocht, maar het kan ook minder gebruikelijke varianten van de bekende verbindingen vinden die waarschijnlijk onopgemerkt blijven in een monster.