Bei Husten und anderen Krankheiten helfen oft Medikamente. Bei den darin enthaltenen Wirkstoffen handelt es sich um langkettige Eiweißmoleküle. Ihre Atome stehen in verschiedenen Winkeln zueinander, sind aber leicht variabel. Dies wirkt sich auf die Wirksamkeit aus. Informatiker haben ein Verfahren entwickelt, das solche Winkelverhältnisse automatisch berechnet und Variationen darstellt. Es zeigt schnell, ob ein Molekül seine Wirkung entfalten kann oder nicht. Hilfreich ist das etwa für die Entwicklung von Arzneimitteln. Auf der Medizintechnikmesse Medica stellen die Forscher ihre Arbeit vom 18. bis 21. November in Düsseldorf am Forschungsstand Rheinland-Pfalz (Halle 7a, Stand B06) vor.
Bis ein Medikament auf den Markt kommt, vergehen viele Jahre Entwicklungsarbeit. Der Wirkstoff muss in der richtigen Konzentration an den richtigen Ort, um seine Wirkung zu entfalten. Dabei soll es zu wenigen Nebenwirkungen kommen. Eine wichtige Rolle bei solchen Stoffen spielt der chemische Aufbau. Es handelt sich um langkettige Eiweißmoleküle. „Es gibt eine sich immer wiederholende Grundstruktur, das sogenannte Backbone, welches aus zwei Kohlenstoff- und einem Stickstoff-Atom besteht“, erläutert der Informatiker Robin Maack von der Technischen Universität Kaiserslautern. „Diese Atome bilden das Rückgrat des Moleküls, wodurch es wichtig ist die Winkelverhältnisse dieser Atome zu einander zu untersuchen.“
„Für die Entwicklung von Molekülen können bestimmte Konstellationen Folgen haben“, ergänzt seine Forscherkollegin Dr. Christina Gillmann von der Universität Leipzig. Daher sind diese Winkelverhältnisse für die pharmazeutische Forschung von großer Bedeutung.
Um eine statistische Verteilung möglicher Winkelkombinationen in einem großen Eiweißmolekül zu berechnen, gibt es den sogenannten Ramachandran-Plot, der nach dem indischen Forscher Gopalasamudram Narayanan Ramachandran benannt ist. „Mit diesem Verfahren lässt sich die Verteilung der Winkel veranschaulichen“, sagt Gillmann. „Das hilft, einzuschätzen, wie es um die Stabilität des Moleküls bestellt ist. Jedoch können diese Winkel schwanken. Der klassische Ramachandran-Plot berücksichtigt diese Schwankungen jedoch nicht.“
Die Kaiserslauterer und Leipziger Forscher haben nun ein Verfahren entwickelt, das für Moleküle mögliche Variationen solcher Winkelkombinationen berechnet. Ihren Algorithmus füttern die Informatiker dabei mit Daten von simulierten und realen Molekülen. Hierbei steht die Betrachtung der Atombewegungen im Vordergrund, welche vorher nicht für die Berechnungen der Winkelverhältnisse verwendet wurden. „Das Programm zeigt nun genauer an, ob ein Molekül stabil ist oder nicht“, sagt Maack.
Interessant ist das Verfahren vor allem für die Entwicklung von Arzneimitteln und anderen Wirkstoffen. „Die Technik erlaubt es, schnell zu sehen, ob es Sinn macht, das Molekül zu entwickeln und zu produzieren, ob sich die Winkel ändern könnten und ob das Molekül dadurch instabil wird“, so Gillmann.
Auf der Medica stellen die Forscher ihre Arbeiten vor.
Bu: Christina Gillmann (v.l.n.r.), Katharina Roth und Robin Maack arbeiten gemeinsam an der neuen Technik
Foto: Koziel/TUK
Quelle Text/Bild:
TU Kaiserslautern
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Kaiserslautern: 12.11.2019
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