0
3798
Газета Наука Печатная версия

21.01.2020 18:30:00

Новые лекарства создают, буквально складывая из отдельных атомов

Праздник на улице молекулярных фармакологов

Игорь Лалаянц

Об авторе: Игорь Эруандович Лалаянц – кандидат биологических наук.

Тэги: химия, фармацевтика, лекарства


химия, фармацевтика, лекарства Новая литиевая память с верхним слоем лития (Li), фиолетовым фосфатом лития (Li3PO4), окислом никеля (NiO) и светло-зеленым стеклом (Glass). Иллюстрациия Physorg

Характеризуя задачи, стоящие перед пользователями суперкомпьютеров, обычно в первую очередь говорят о том, что благодаря им становится возможным «дизайн новых лекарственных препаратов». Да, суперкомпьютеры полезны при скрининге уже существующих веществ. Но необходимо иметь 3D-структуру молекулярной мишени, например молекулы фермента, полученную с помощью рентгено-структурного анализа.

Молекулярные фармакологи обрадовались появлению криоэлектроннного микроскопа (крио-ЭМ) и ускорителей электронов. Возникающее при движении электронов в кольцевых ускорителях синхротронное излучение с очень малой длиной волны позволяет буквально увидеть в биомолекулах отдельные атомы. Это сравнимо с революцией начала 1960-х, когда на смену оптическим микроскопам пришли электронные.

1-12-4350.jpg
Дублеты микротрубочек (серые) и
разноцветные внутренние белки.
Иллюстрациия Physorg
Но после «рассмотрения» биомолекулы нужно синтезировать вещества, которые будут блокировать или усиливать ее действие (подавлять чаще всего приходится мутантные протеины). После испытаний нового препарата на мышах надо добиться разрешения на его многоступенчатые клинические испытания, а затем получить одобрение для использования врачами в лечебной практике. Именно поэтому лекарства так дороги и их создание не ограничивается лишь применением суперкомпьютеров.

Известно, что в наноэлектронике допинг только приветствуется, поскольку добавление атомов меняет характеристики материалов, проявляющих полупроводниковые или сверхпроводящие свойства. Физики Принстонского университета (США), в котором долгие годы работал Эйнштейн, смогли прямо наблюдать удививший их квантовый эффект в железосодержащем сверхпроводнике, арсениде лития, после добавления к нему атомов кобальта.

Эффект проявился в том, что стабилизировались так называемые куперовские пары электронов (Cooper pairs). Наличие такой связи между электронами позволяет избежать взаимодействия носителей отрицательного заряда с электронными облаками атомов. Именно это взаимодействие и порождает электрическое сопротивление, приводящее к выделению тепла и потерям энергии.

Для выявления эффекта ученые Принстона использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), позволяющий видеть отдельные атомы, и охлаждение до 0,4 градуса К (около –273 по Цельсию), что меньше температуры в открытом космосе примерно на 10 градусов! С помощью СТМ физики локализовали каждый из кобальтовых атомов в 30 образцах с 8 разными концентрациями кобальта. Было определено и влияние кобальта на другие атомы, расположенные на разных расстояниях от него. Это оказалось очень важным, потому что сверхпроводимость исчезала при слишком высоких концентрациях, которые разрушали связность электронных пар. А следовательно, исчезал и эффект сверхпроводящего «окна» энергии (PRL). Изучение физических закономерностей позволит глубже понять природу высокотемпературной сверхпроводимости. На нее возлагаются большие надежды.

1-12-3350.jpg
Исследование структуры белка (справа)
с помощью сверхкоротких рентгеновских
импульсов. Иллюстрация Physorg
Прогресс биологии невозможен без физики и химии. В частности, при изучении молекулы наследственности, ДНК и составляющих ее генов. Созданный физиками электронный микроскоп (ЭМ) показал строение ворсинок и жгутиков с «дублетами» белковых микротрубочек. Эти образования присутствуют в тяжах веретена деления, разводящих хромосомы в дочерние клетки. По микротрубочкам в нервных отростках идет транспорт нейромедиаторов, например адреналина и ацетилхолина, вызывающих сокращение мышц.

На микротрубочки веретена деления обратили внимание химики, синтезировавшие паклитаксел на основе таксола. В природе это вещество – продукт жизнедеятельности листьев калифорнийской сосны. Таксол блокирует синтез микротрубочек, тем самым подавляя деление и рост измененных клеток. С помощью крио-ЭМ в Гарварде идентифицировали внутри микротрубочек дополнительные 33 белка (MIP – Microtubules Inner Proteins). Они стабилизируют микротрубочки, подвергающиеся постоянным механическим стрессам. Белки MIP – это новые мишени для лекарственного воздействия на веретено деления.

А в Технологическом институте Токио создали энергоэффективную память. Она представляет собой несколько слоев, верхний из которых – литий. Слоистая структура позволяет быстрое переключение с напряжения 0,95 на 1,8 вольта. При чрезвычайно низком потреблении энергии эта конструкция обеспечивает более быструю память случайного доступа (RAM – Random-Access Memory) и динамическую (DRAM – Dynamic Random-Access Memory), используемую в компьютерах. Можно отметить, что динамическая память очень важна для ускорения работы всей системы. 


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


Фантомные лекарства. Почему из аптек периодически исчезают то один, то другой препараты

Фантомные лекарства. Почему из аптек периодически исчезают то один, то другой препараты

Ада Горбачева

0
1633
Ученым удалось соединить несоединимое и заставить полученный материал проводить протонный ток

Ученым удалось соединить несоединимое и заставить полученный материал проводить протонный ток

Иван Сапрыкин

Химико-биологический интерфейс

0
4591
Почему в Россию не спешат иностранные лекарства

Почему в Россию не спешат иностранные лекарства

Алексей Шадрин

Юридические аспекты вывода на отечественный рынок импортных препаратов

0
2430
Россияне решили перетерпеть болезни

Россияне решили перетерпеть болезни

Анастасия Башкатова

Каждый четвертый отказался от покупки лекарств

0
1791

Другие новости

Загрузка...