Биоинформатични изследвания: нагъване на протеини, докинг и предсказване на биологична активност

Номер: NSF I02/16, 12.12.14
Название: Биоинформатични изследвания: нагъване на протеини, докинг и предсказване на биологична активност
Базова организация: ЮЗУ „Неофит Рилски“ – гр.Благоевград
Финансиран: Фонд „Научни изследвания“ – МОН
Ръководител на проекта: доц. д-р Иван Тренчев

Цел на проекта

  Чрез провеждането на in silico (компютъризирани) експерименти целим:

  • моделиране и оптимизиране структурата на мю-, делта- и капа- опиоидни рецептори, невротензинови и канабиноидни рецептори;
  • определяне структурата на лиганд-рецепторния комплекс и минималната свободна енергия на свързване при известни структури на рецептор и лиганд, и изследване начинът на свързване с цел предлагане на модификации в лигандите;
  • предсказване на биологична активност;
  • разработване на математически модел за предсказване на биологична активност чрез използването на резултатите от молекулния докинг на новите лиганди и резултати от in vitro тестове;
  • изследване приложимостта на облачни структури и сървърна виртуализация при задачи за нагъване на протеини, докинг и определяне на биологична активност.

  Методи и модели за постигане на целите:

  • „хидрофобно-хидрофилен“ модел;
  • метода за хомоложно моделиране;
  • решаване на задачата за нагъване на протеини чрез използване на следните алгоритми: евристични, оптимизационно-комбинаторни и апроксимационни;
  • определяне начина на свързване на лиганда и рецептора чрез прилагане геометрични и енергетични методи;
  • ще се приложат лиганд-базирани и структурно-базирани подходи, в това число: анализ на молекулни полета, хомоложно моделиране на протеини, докинг и виртуален скрининг на биоактивни съединения, идентификация и анализ на лиганд-белтъчни взаимодействия за 3D структурата на таргетната биомакромолекула.

Очаквани резултати:

  • моделиране и оптимизиране на триизмерната структура на изследваните рецептори – опиоидни, невротензинови и канабиноидни;
  • разработване на математически модел, описващ връзката между докинг резултатите и параметрите с конкретно биологично значение от in vitro изследвания, за да се определи биологичната активност на съединенията.
  • извеждане на количествена зависимост между биологичната активност на серия от съединения и техните физико-химични свойства.

Етапи

Първи етап

  • Инсталирене на необходимите софтуерни пакети и операционни системи
  • Моделиране и оптимизиране структурата на мю-, делта- и капа- опиоидни рецептори, невротензинови и канабиноидни рецептори.
  • Определяне структурата на лиганд-рецепторния комплекс и минималната свободна енергия на свързване при известни структури на рецептор и лиганд.
  • Създаване на виртуалните модули за научните  задачи предвидени по проекта.
  • Изследване на приложимостта на облачните структури и сървърната виртуализация за задачи за нагъване на протеини, докинг и определяне на биологична активност.
  • Изследване начинът на свързване на лиганда с рецептора с цел предлагане на модификации в лигандите.
  • Изграждане на информационен интернет портал с възможност за публикуване на резултатите от проекта.

Втори етап

  • Молекулен докинг на мю- , делта- и капа- опиоидни рецептори с избрани лиганди.
  • Молекулен докинг на невротензинови рецептори с избрани лиганди.
  • Молекулен докинг на канабиноидни рецептори с избрани лиганди.
  • Разработване на математически модел за предсказване на биологична активност чрез използването на резултатите от молекулния докинг на новите лиганди.
  • Определяне на биологична активност на мю- , делта- и капа- опиоидни рецептори, невротензинови и канабиноидни рецептори.
  • Организиране на уебинари.
  • Създаване на интерактивна платформа, където ще бъдат популяризирани резултати и експертен опит на членовете на проекта.

Участници

Име Организация
Доц. д-р Иван Тренчев ЮЗУ „Неофит Рилски“
Проф. д-р Невена Пенчева ЮЗУ „Неофит Рилски“
Гл. ас. д-р Антон Стоилов ЮЗУ „Неофит Рилски“
Ас.  Радослав Мавревски ЮЗУ „Неофит Рилски“
Ас. Иван Тодорин ЮЗУ „Неофит Рилски“
Проф. д-р Никола Янев ИМИ – БАН
гл. ас. д-р Татяна Дзимбова ИМБ-БАН
Докторант Фатима Сапунджи ЮЗУ „Неофит Рилски“
Докторант Методи Трайков ЮЗУ „Неофит Рилски“
Докторант Гергана Королелова ЮЗУ „Неофит Рилски“

Конкретните действия от ЮЗУ „Неофит Рилски” включват предоставяне на материаланата база на Центъра за съвременни биоинформатични изследвания (ЦСБИ) за целите на проекта. Материалната база на ЦСБИ включва семинарна зала с 12 работни места, компютърна техника, сървърна зала оборудвана с 5 броя високопроизвoдителни сървъри. ЮЗУ „Неофит Рилски” ще подпомогне настоящия проект чрез поемане на режийните разходи – ток, вода и др. на ЦСБИ, ще осигури високоскоростна мрежова свързаност към Интернет и достъп до инфраструктурата на университета.

Като допълнение ЮЗУ „Неофит Рилски” ще:

  • предостави софтуерните пакети Matlab, GOLD и Hyperchem, закупени от ЮЗУ „Неофит Рилски”;
  • съдейства за ползването на семинарните зали, залата за провеждане на конференции в ЮЗУ „Неофит Рилски” и необходимите химични лаборатории;
  • предостави базата си – Университетски център „Бачиново” за провеждане на краткосрочни мероприятия по проекта;
  • при необходимост за изпълнението на задачите по проекта ще съдейства за достъп до GRID системите на други институти;
  • подпомогне разпространението и популяризирането на резултатите от проекта на основа договорите за съвместно сътрудничество с университети в: Гърция, Франция, Германия, Италия, Македония, Албания и др;
  • информационно осигуряване (достъп до електронна библиотечна база от данни, междубиблиотечно заемане, доставка на документи по електронен път);
  • предоставяне на административна, консултантска и финансова помощ при администрирането на проекта;
  • подпомагане на работа на докторантите – възможности за участие в конференциите провеждани от ЮЗУ и публикуване в научните издания, издавани от университета;
  • Всички неспоменати дейности, които биха спомогнали за успешния край на проекта.