Основой любой научной деятельности является сбор данных, их систематизация и анализ. Одним из лучших средств работы с информацией служат реляционные базы данных (БД) [1].
На данный момент не существует актуальных, легко расширяемых и свободно распространяемых БД биологически активных веществ, позволяющих проводить статистические исследования в целом и поиск взаимосвязей «структура-активность» в частности, а также являющихся удобным инструментом для накопления знаний. Для решения этих задач нами была создана база данных биологически активных веществ (БАВ) - «DRUG».
Текущий этап эволюции разработки программного обеспечения (ПО) характеризуется активным смещением в сторону интернет, поэтому БД «DRUG» изначально разрабатывалась как web-приложение. Такой подход позволил централизованно хранить и обрабатывать большие объемы данных независимо от вычислительных способностей клиента, сделал приложение межплатформенным и не требующим установки дополнительного ПО.
В качестве СУБД (система управления базами данных) была выбрана MySQL. Для создания html-страниц пользовательского интерфейса использован язык «php». Расчет необходимых дескрипторов осуществлялся при помощи открытых библиотек RDKit [2] и checkmol/matchmol [3] или на основе собственных алгоритмов. Конвертирование файлов из различных химических форматов выполняется через библиотеку Open Babel [4].
Химическая структура веществ хранится в виде линейных кодов SMILES и InChI (включая ключ InChIKey). При добавлении нового БАВ в БД можно ввести его химическую структуру через редактор (используется JME Molecular Editor [5]) или загрузить файл в одном из следующих форматов: smi, mol или hin. Для нового вещества рассчитывается молекулярный «отпечаток пальцев»: набор фрагментарных дескрипторов. Это позволяет уменьшить время поиска, удалив из предварительной выборки на основе SQL-запроса не подходящие по параметрам соединения, а затем уже выполнить сравнение «атом-с-атомом». На данный момент БД использует целочисленные, а не бинарные «отпечатки» (их реализация требует достаточных затрат времени, а заметный прирост производительности появляется в базах объемом более 100000 соединений, что не актуально для БАВ). При просмотре вещества БД «DRUG» отображает: название на английском и русском языках, ИЮПАК наименование, брутто формулу и молекулярную массу (вычисляются автоматически), торговые наименования, гиперссылки на другие регистры и базы знаний (CAS, PubChem, DrugBank, PharmGKB и Википедия), ATC-классификацию, описание, показания, механизм действия, применяемые лекарственные формы, виды проявляемой активности, мишени, ссылки на литературу, прикрепленные файлы и дополнительные примечания.
Основным преимуществом баз данных является возможность сложных выборок за очень короткие промежутки времени (несколько минут). В текущей версии БД «DRUG» можно осуществлять несколько видов поиска: по названию (на английском или русском языке, причем запрос на английском языке автоматически транслитерируется, и будут предлагаться варианты на обоих языках), расширенный поиск - представляет собой возможность составления запроса путем комбинирования следующих параметров: функциональной группы, вида активности и произвольно изображенного фрагмента. На рисунке показан снимок экрана результатов поиска по базе веществ соответствующих запросу: «содержат ядро пиримидина и обладают противомалярийной активностью».
Результаты поиска веществ содержащих пиримидин
и обладающие противомалярийной активностью
На данный момент БД «DRUG» содержит информацию о 4609 БАВ (из них 1366 - одобренные к применению лекарственные препараты, 3243 - экспериментальные), 551 вид активностей и 2474 биологические мишени.
Первичное заполнение БД «DRUG» осуществлялось из открытых, преимущественно англоязычных, источников: PubChem, DrugBank и др.
Ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (эналприл, лизиноприл) одни из основных лекарственных средств назначаемых для лечения больных с гипертонической болезнью в развитых странах мира. Известно, что при повышении уровня артериального давления, риск увеличения тромбообразования в сосудистом русле существенно выше, по сравнению с нормальными величинами артериального давления. Гипертоническая болезнь чаще всего развивается в течение длительного времени, и существенное повышение артериальное давление встречается у больных после 50 лет. Свертываемость крови с возрастом, как правило, увеличивается.
Представляло интерес выявить влияние лекарственных средств из группы ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента на показатели свертывающей системы крови в экспериментальных условиях.
Экспериментальные исследования проводились на бодрствующих животных (белые крысы) с использованием коагулографа Н-334. Кровь у животных забирали из вен языка (две - три капли). Полученные результаты оценивались относительно контроля и препаратов сравнения с использованием современных методов статистики.
Выявлены достоверные изменения свертываемости крови при назначении белым крысам ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента. Показатели свертывающей системы крови понижались на 15-46 % от исходного уровня. Достоверные изменения регистрировали после введения эналаприла и лизиноприла (таблица).
Влияние эналаприла и лизиноприла на показатели свертывающей системы крови у животных (М ± m, секунды)
|
Показатели |
Контрольные опыты |
Эналаприл |
Лизиноприл |
|
Продолжительность свертывания крови |
168 ± 2,4 |
228 ± 7,1* |
193 ± 3,9* |
|
% |
100 % |
136 % |
115 % |
|
Начало свертывания крови |
122 ± 2,3 |
143 ± 2,6* |
142 ± 3,1* |
|
% |
100 % |
117 % |
116 % |
|
Конец свертывания крови |
189 ± 4,5 |
275 ± 6,7* |
270 ± 5,2* |
|
% |
100 % |
146 % |
143 % |
|
Начало ретракции и фибринолиза |
558 ± 7,8 |
768 ± 11,6* |
815 ± 14,2* |
|
% |
100 % |
138 % |
146 % |
Примечание. * - Р < 0,05 по сравнению с контрольными опытами.
Полученные результаты исследования позволяют рекомендовать изученные лекарственные средства для дальнейшего исследования в клинической практике с целью расширения спектра положительных эффектов применяемых препаратов из группы ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента.
Список литературы
- Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных. - 8-е изд. - М.: Вильямс, 2006. - 1328 с. (дата обращения: 08.02.2011).
- http://rdkit.sourceforge.net/ (дата обращения: 08.02.2011).
- http://merian.pch.univie.ac.at/~nhaider/cheminf/cmmm.html (дата обращения: 08.02.2011).
- http://openbabel.org/ (дата обращения: 08.02.2011).
- http://www.molinspiration.com/jme/ (дата обращения: 08.02.2011).