#طراحی_دارو_بر_اساس_ساختار (Structure-Based Drug Design):

از آنجایی که معرفی علوم و تکنولوژی های جدید همواره و به ناچار با اصطلاحات و مفاهیم ناآشنایی همراه است، ناگزیر درک این علوم برای تازه کاران سخت و موهوم خواهد بود. از اینروست که فراهم آوردن مثال ها و توضیحات روشن می تواند کمک فراوانی به درک این علوم نماید.
در اینجا قصد داریم با ارائه یک مثال به معرفی اجمالی "علم طراحی دارو بر اساس ساختار" بپردازیم.
در سال 1981 پزشکان آمریکایی یک بیماری را کشف کردند که بعدها به نام ایدز معروف شد. عامل این بیماری ویروس HIV بود. در سال 1989 یک آنزیم مهم از این ویروس که برای بقای آن ضروری بود شناسایی و با اشعه ی X تعیین ساختار شد. این آنزیم HIV protease نام داشت و دانشمندان به این امید بودند که با مهار آن بتوانند بیماری ایدز را درمان کنند. بی درنگ پژوهش های گسترده ای در این رابطه شروع شد که بیشتر آن ها از روش های سنتی برای یافتن مهارکننده استفاده می کردند. در همین حال عده ای شروع به استفاده از آنالیزهای کامپیوتری کردند که طی آن می توانستند به خوبی ساختار آنزیم را مشاهده و مورد دستورزی و آنالیز قرار دهند. آن ها از کتابخانه های شیمیایی زیادی، که حاوی ساختار بسیاری از مولکول های شیمیایی هستند، به منظور یافتن مهارکننده های احتمالی استفاده کردند. آن ها پی برده بودند که برخلاف بسیاری از آنزیم های دیگر، قلب تپنده ی این آنزیم پروانه ای شکل در مرکز آن قرار دارد. در واقع این آنزیم از دو بخش قرینه تشکیل شده بود و اکتیوسایت آنزیم در مرکز آن قرار داشت.
دانشمندان شرکت دارویی Abbott در کمتر از هشت سال توانستند با مطالعه ی ساختار آنزیم، بررسی هزاران مهارکننده شیمیایی، تعیین نقش رزیدوها در اتصال به مهارکننده ها، اصلاح و مدلسازی مهارکننده ها و سنتز آن ها در آزمایشگاه و ... سه مهارکننده ی مهم را شناسایی و معرفی کنند. همه ی این مراحل تحت عنوان علم "طراحی دارو بر اساس ساختار" قرار می گیرد. برآورد می شود که اگر قرار بود این مطالعه با استفاده از روش های سنتی انجام گیرد، به بیش از 15 سال زمان و حداقل 800 میلیون دلار هزینه نیاز بود.
بنابراین استفاده از روش های محاسباتی با استفاده از رایانه ها می تواند بسیار راهگشا و حیاتی باشد. به ویژه آنکه بشر امروزی با سوالات پیچیده ای روبروست که حل آن از دسترس آزمایش های کورکورانه و کیفی بسیار به دور است.
دو نکته درباره این مطالعه:
الف- علیرغم اینکه این سه دارو از کارایی خوبی برخوردارند اما به خاطر ماهیت تغییرپذیر این آنزیم و نیز پیچیدگی های این ویروس هنوز درمان قطعی حاصل نشده است. با این حال این سه دارو توانسته اند به میزان چشمگیری روند بهبودی بیماران را تحت تاثیر قرار دهند.
ب- در سال 1989 روش های محاسباتی در طراحی دارو بسیار نوپا محسوب می شدند. طی سالیان گذشته متدهای دقیق تر به همراه رایانه های قوی تر توانسته اند مسیر این علوم را هموارتر نمایند. بنابراین اگر قرار باشد این مطالعه را در سال 2015 تکرار کنیم زمان مطالعه به مراتب کمتر از 8 سال خواهد بود و دقت آن نیز به مراتب بالاتر.

@computational_science

شبیه سازی دینامیک مولکولی یا Molecular Dynamics Simulation (به اختصار MD) یک روش شبیه سازی به وسیله کامپیوتر است که به مطالعه ی حرکات اتم ها و مولکول ها می پردازد. در این روش به مولکول ها و اتم ها اجازه داده می شود که طی یک مدت زمان مشخصی با یکدیگر میانکنش دهند تا درکی از دینامیک سیستم به دست بیاید. در واقع با استفاده از معادلات حرکتی نیوتن، می توان مسیر (Trajectory) حرکت اتم ها و مولکول ها را در فضا طی یک بازه زمانی مشخص، تعیین نمود. برای این منظور انرژی های پتانسیل بین ذرات تشکیل دهنده سیستم با استفاده از میدان های نیروی مکانیک مولکولی محاسبه می شود.
این روش در ابتدا (اواخر دهه ی 1950) در حوزه ی فیزیک نظری به کار گرفته شد، اما امروزه در زمینه های متنوعی مثل شبیه سازی بیومولکول ها، علوم مواد، شیمی- فیزیک و ... به شدت رواج یافته است.
از کاربردهای این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- بررسی رفتار ماکرومولکول های زیستی در شرایط مختلف
2- بررسی پایداری مولکولها
3- بررسی میانکنش مولکول های مختلف با یکدیگر
4- بررسی حالت های مختلف غشایی دارای فسفولیپیدهای مختلف
5- محاسبه انرژی آزاد و آنتروپی
6- بررسی فولدینگ پروتئین ها
7- طراحی دارو
8- بررسی و مطالعه نانولوله ها، گرافن
و ...
دو مطالعه ی جالب که در سال 2006 با استفاده از این متد صورت گرفت:
1- شبیه سازی کامل ویروس (satellite tobacco mosaic virus): سایز سیستم مورد مطالعه: یک میلیون اتم، زمان شبیه سازی: 50 نانوثانیه، برنامه مورد استفاده : NAMD
این ویروس آلوده کننده گیاهان از 60 کپی یکسان از یک پروتئین (که کپسید را می سازد) و یکRNA تک رشته ای به طول 1063 نوکلئوتید تشکیل شده است. نکته ی اساسی این ویروس این است که کپسید در عدم حضور RNA بسیار ناپایدار است. هدف از انجام این شبیه سازی، بررسی مکانیسم های اسمبل شدن این ویروس بود. نکته ی جالب این که اگر قرار بود این مطالعه به وسیله ی یک کامپیوتر معمولی (که در سال 2006 رایج بود) انجام شود حدود 35 سال زمان می برد!
منبع:
Freddolino P, Arkhipov A, Larson SB, McPherson A, Schulten K. “Molecular dynamics simulation of the Satellite Tobacco Mosaic Virus (STMV)”. Theoretical and Computational Biophysics Group. University of Illinois at Urbana Champaign.

2- شبیه سازی فولد شدن Villin Headpiece: سایز سیستم مورد مطالعه: بیست هزار اتم، زمان شبیه سازی: 500 میکروثانیه یا 500 هزار نانوثانیه! برنامه مورد استفاده : Folding@home
آقای ویجای پاندی از دانشگاه استنفورد برای مطالعه خصوصیات کینتیکی Villin Headpiece برنامه ای ریخت که طی آن 200 هزار کامپیوتر خانگی از سراسر جهان در انجام آن شرکت داشتند. او طی این پروژه به مطالعه مسیر فولدینگ و ساختارهای گذار این پروتئین پرداخت.
منبع:
The Folding@Home Project and recent papers published using trajectories from it. Vijay Pande Group. Stanford University

#ویدئو نحوه تعیین شعاع زمین توسط ابوریحان بیرونی. باحاله🙂🙂🙂

#ویدئو چندین میکروثانیه شبیه سازی دینامیک مولکولی و مطالعه فولدینگ پروتئین، 👏👏👏👏

#ویدئو تولید پروتئین و فولدینگ آن. مگه میشه از زیبایی های پروتئین گذشت😍

#کمک_آموزشی
دوستانی که می خوان پایه شبیه سازی دینامیک مولکولی رو یاد بگیرن می تونن از لینک زیر استفاده کنن.
https://embnet.vital-it.ch/MD_tutorial/

#ویدئو شبیه سازی دینامیک مولکولی یکی از بهترین و قدرتمند ترین 💪روش ها واسه درک بهتر و راحتتر عملکرد و ساختار پروتئین و ماکرومولکول های زیستی هستش. (به این میگن شبیه سازی)

#خدمات_مرکز_زیست_محاسبات_پویا www.zistpooya.com

#موسیقی
موسیقی زیر آوای بیان پروتئین با کد pdb=1ctf هستش که تو سایت مربوطش جمله زیر رو زده.
translation (1ctf - 68 residues - 1:07)
Translation is the process describing how proteins are made, where messenger RNA transcribed from DNA are translated by the ribosome using the genetic code to make chains of amino acids. Musically, this track represents the C terminal domain of the L7/L12 ribosomal protein from E. coli solved by M. Leijonmarck and M. Liljas (PDB identifier 1ctf). In my early structure prediction research, this was one of the first proteins I used to debug my software. It's a small 68 residue protein with both helix and strand secondary structure (listen to the beat variation -- helices are the fastest, strands are the slowest, and coil is in between). This is presented "as is" using the default chromatic scale note assignment.
مدت زمان این موسیقی 1:07 ثانیه هستش و میتونید با عشق به موسیقی پروتئین گوش بدید.🎼🎹🎼🎹

🎼 این واسه کسایی که عاشق ❤️ دنیای پروتئین هستند

جهت كسب اطلاعات بیشتر به سایت زیر مراجعه فرمایید
http://www.ram.org/th/proteomusic/

#عمومی قدرت مانتیس رو فقط داشته باشین.

#شبیه_سازی_دینامیک_مولکولی
#genesis
محققان در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس (Los Alamos) توانستند بزرگترین شبیه سازی دینامیک مولکولی را برای یک ژن کامل از DNA به انجام برسانند. این شبیه سازی دارای بیش از 1 میلیارد اتم می باشد که برای ران کردن آن از بیش از 100 هزار هسته پردازشی استفاده شده است و امید دارند که بتوانند با این محاسبات بیشتر به عملکرد ژن ها و ماکرمولکول های زیستی در بیماری ها پی ببرند.
مقاله:
Scaling Molecular Dynamics Beyond 100,000 Processor Cores for Large-Scale Biophysical Simulations

سیل و جوها بر مراد او روند🌷اختران زان سان که خواهد آن شوند
زندگی و مرگ، سرهنگان او🌹بر مراد او روانه کوبه کو
هیچ دندانی نخندد در جهان🌹بی رضا و امر آن فرمان روان
هیچ برگی درنیفتد از درخت🌹بی قضا و حکم آن سلطان بخت
در زمین و آسمان ها ذره ای🌹پر نجنباند نگردد پره ای حضرت مولانا❤️

#روش_qm_mm
شبیه سازی دینامیک مولکولی یکی از ابزارهای قدرتمند در توصیف ویژگی های تعادلی سیستم های مولکولی بزرگ مانند پروتئین ها می باشد. در شبیه سازی دینامیک مولکولی وجود الکترون ها نادیده گرفته شده و تاثیر تابع موجی الکترون ها در نظر گرفته نمی شود. شکست و تشکیل پیوند در میدان های نیرویی که در شبیه سازی دینامیک مولکولی مورد استفاده قرار می گیرد وجود ندارد. این نقایص باعث می شود که نتوانیم از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای بررسی انتقال پروتون و فرآیندهای حالت گذار استفاده کنیم. به همین جهت روش جدیدی در محاسبات دینامیک مولکولی ارائه شد که به آن QM/MM گفته می شود. در این روش قسمتی از پروتئین که درگیر مکانیسم بوده و در آن شکست و تشکیل پیوند وجود دارد در ناحیه QM و بقیه قسمت های پروتئین در محدوده MM در نظر گرفته می شود. با این روش میتوان مکانیسم عمل پروتیئن ها را با دقت بالایی مورد مطالعه قرار داده و یا مکانیسم عمل مناسبی را برای آن ها پیش بینی کنیم.

#ویدئو Multi Scale Modeling of Chromatin and Nucleosomes

#تلخند
من فک کنم ما یه "وزیر فیلترینگ😂😂" هم داریم که وظیفش فقط فیلتر همه چیه. ماشا... تو این چند روز فیلترشکنا و پروکسیارو جوری از کار انداختن که اگه همون انرژی رو واسه کشور میذاشتن مطمئنن اوضامون خیلی بهتر ازین می شد.