Вызначэнне ў 2020 г. прасторавай структуры асноўнай пратэазы (MPro) SARS-CoV-2 – фермента, які адыгрывае надзвычай важную ролю ў жыццёвым цыкле віруса, – стварыла перадумовы не толькі для разумення яго функцыі і механізму дзеяння, але і для распрацоўкі новых эфектыўных інгібітараў на аснове прамых метадаў камп’ютарнага канструявання лекаў, якія выкарыстоўваюць даныя аб структуры малекулярнай мішэні. У прыватнасці, 25 сакавіка 2020 г. у Банк даных бялкоў была дэпаніравана структура MPro SARS-CoV-2 у комплексе з малекулай X77 – магутным інгібітарам як SARS-CoV, MERS-CoV, так і SARS-CoV-2. У сувязі з гэтым быў ажыццёўлены віртуальны скрынінг патэнцыйных інгібітараў фермента, накіраваны на ідэнтыфікацыю злучэнняў з фармакафорнымі ўласцівасцямі інгібітару X77, выканана in silico ацэнка іх патэнцыйнай анты-SARS-CoV-2 актыўнасці і ідэнтыфікаваны малекулы, перспектыўныя для стварэння новых эфектыўных прэпаратаў для тэрапіі COVID-19. Праведзеныя даследаванні ўключалі наступныя этапы (мал. 1):
1) пабудова мадэлі фармакафора, якая апісвае сукупнасць структурна-функцыянальных уласцівасцяў інгібітару X77, што забяспечваюць эфектыўнасць яго ўзаемадзеянняў з актыўным цэнтрам Mpro SARSCoV-2;
2) фармакафорны аналіз 213,5 мільёнаў малых малекул з бібліятэк вэб-сервера Pharmit (http://pharmit.csb.pitt.edu), які дазваляе праводзіць інтэрактыўнае даследаванне хімічнай прасторы з мэтай пошуку патэнцыйных лекаў на аснове падабенства фармакафорных мадэляў злучэнняў з вядомымі інгібітарамі бялковай мішэні;
3) малекулярны докінг і малекулярную дынаміку адабраных злучэнняў з MPro SARS-CoV-2;
4) разлік велічынь свабоднай энергіі звязвання з наступнай ідэнтыфікацыяй малекул, перспектыўных для распрацоўкі эфектыўных супрацьвірусных прэпаратаў.
Мал. 1. Схема алгарытму віртуальнага скрынінга патэнцыйных інгібітараў MPro SARS-CoV-2
У выніку рэалізацыі дадзенага комплекснага вылічальнага падыходу былі выяўлены пяць злучэнняў, перспектыўных для сінтэзу і біямедыцынскага аналізу. На жаль, у аўтараў не было магчымасці правесці сінтэз і тэсціраванне знойдзеных злучэнняў на анты-SARS-CoV-2 актыўнасць за адносна невялікі прамежак часу. У сувязі з гэтым было прынята рашэнне выкарыстоўваць стратэгію перапрафілявання лекаў, пад якой разумеецца працэс вызначэння новых тэрапеўтычных паказанняў для зарэгістраваных раней і даступных лекавых прэпаратаў. Для рэалізацыі гэтай стратэгіі была сфарміравана бібліятэка біялагічна актыўных малекул, якая ўключала 28 860 адабраных для прымянення ў клініцы прэпаратаў і лекавых рэчываў, якія знаходзяцца на розных стадыях даклінічных і клінічных выпрабаванняў. Метадамі малекулярнага мадэлявання праведзены віртуальны скрынінг створанай малекулярнай бібліятэкі для выяўлення патэнцыйных інгібітараў кансерватыўнага дамена HR1 бялку S SARSCoV-2, які іграе ключавую ролю ў зліцці мембран віруса і клеткі гаспадара. У выніку аналізу in silico былі выяўлены дзевяць малекул, здольных згодна з разліковымі звесткамі звязвацца з даменам HR1 SARS-CoV-2 і блакіраваць функцыянальную актыўнасць каранавіруса. Біямедыцынскае тэсціраванне гэтых малекул, праведзенае ва ўніверсітэце Фудань (Шанхай, Кітай), дазволіла выявіць злучэнне-лідар − проціпухлінны прэпарат Навітаклакс (мал. 2), які праяўляе высокую інгібітарную актыўнасць у адносінах да розных штамаў SARS-CoV-2 і іх варыянтаў, у тым ліку штамам Дэльта і Амікрон, а таксама да роднасных каранавірусаў SARS-CoV і MERS-CoV. На мадэлях in vitro паказана, што Навітаклакс селектыўна звязваецца з даменам HR1 бялка S, блакіруючы пранікненне віруса ў клеткі гаспадара. Акрамя таго, вядома, што гэты супрацьпухлінны прэпарат мае шмат унікальных вартасцяў, уключаючы нізкі кошт, добрую пераральную біядаступнасць, эканамічную тэхналогію вытворчасці і ўсебакова ахарактарызаваную бяспеку in vivo. Таму ён можа быць хутка перапрафіляваны і выкарыстаны ў якасці эфектыўнага прэпарата супраць SARS-CoV-2 і іншых вядомых каранавірусаў чалавека для клінічнага прымянення ў найбліжэйшай будучыні.
Мал. 2. Хімічная структура Навітаклакса
У іншым даследаванні c выкарыстаннем тэхналогій штучнага інтэлекту былі распрацаваны дзве генератыўныя мадэлі аўтаэнкодэра для канструявання новых лекавых рэчываў, здольных інгібіраваць каталітычную актыўнасць MPro SARS-CoV-2 [3]. Распрацавана архітэктура нейроннай сеткі (мал. 3), сфарміравана віртуальная бібліятэка патэнцыйных інгібітараў фермента, выкананы віртуальны скрынінг злучэнняў з гэтай бібліятэкі і прадказаны значэнні свабоднай энергіі звязвання комплексаў ліганд/MPro. Навучанне нейроннай сеткі і яе тэсціраванне паказалі, што створаныя мадэлі аўтаэнкодэра дазваляюць генераваць малыя малекулы з высокай супрацьвіруснай актыўнасцю і прымальнымі фармакалагічнымі ўласцівасцямі. З дапамогай распрацаванай нейроннай сеткі рэалізаваны de novo дызайн 95775 патэнцыйных інгібітараў MPro SARS-CoV-2 з наступнай in silico ацэнкай іх інгібітарнай актыўнасці. У выніку праведзеных даследаванняў адабраны сем злучэнняў, якія характарызуюцца нізкімі значэннямі свабоднай энергіі звязвання, блізкімі да велічынь, атрыманых з дапамогай ідэнтычнага вылічальнага пратаколу для двух магутных інгібітараў MPro, выкарыстаных у разліках у якасці пазітыўнага кантролю. Атрыманыя вынікі сведчаць аб перспектыўнасці выкарыстання ідэнтыфікаваных злучэнняў у работах па стварэнні новых прэпаратаў супраць COVID-19, тэрапеўтычнае дзеянне якіх заснавана на інгібіраванні ферментатыўнай актыўнасці MPRO SARS-CoV-2.
Мал. 3. Высокаўзроўневая архітэктура мадэляў распрацаванай нейроннай сеткі
Такім чынам, у выніку даследаванняў, праведзеных з дапамогай тэхналогій малекулярнага мадэлявання і глыбокага навучання, аўтарамі выяўлены набор лекавых рэчываў, здольных інгібіраваць функцыянальна важныя кансерватыўныя вобласці бялкоў SARS-CoV-2 і блакіраваць рэплікацыйны цыкл віруса. Сярод гэтых злучэнняў варта асабліва вылучыць проціпухлінны прэпарат Навітаклакс, які фарміруе шматабяцальную базавую структуру для стварэння эфектыўнага і бяспечнага пераральна лекавага сродку шырокага спектру дзеяння супраць SARS-CoV-2 і іншых вядомых патагенных каранавірусаў чалавека, а таксама іх мадыфікацый, якія могуць з’явіцца ў будучыні.
