New Mexico genehmigt Master of Science in Anästhesie-Programm an der UNM
Von Michael Häderle
Neue Behandlungen beschleunigen
UNM-Team erstellt leistungsstarkes Computertool, um Forschern zu helfen, Moleküle schnell auf Anti-COVID-Eigenschaften zu überprüfen
Ein Jahr in der COVID-19-Pandemie, haben Massenimpfungen begonnen, die verlockende Aussicht auf eine Herdenimmunität zu erhöhen, die schließlich die Ausbreitung von SARS-CoV-2 einschränkt oder stoppt. Was aber, wenn die Herdenimmunität nie vollständig erreicht wird – oder wenn das mutierende Virus hypervirulente Varianten hervorbringt, die den Nutzen der Impfung schmälern?
Diese Fragen unterstreichen die Notwendigkeit wirksamer Behandlungen für Menschen, die weiterhin an dem Coronavirus erkranken. Während einige wenige bestehende Medikamente einen gewissen Nutzen zeigen, besteht ein dringender Bedarf, neue Therapeutika zu finden.
Unter der Leitung von Tudor Oprea, MD, PhD von der University of New Mexico, haben Wissenschaftler ein einzigartiges Werkzeug entwickelt, mit dem Arzneimittelforscher schnell Moleküle identifizieren können, die das Virus entwaffnen können, bevor es in menschliche Zellen eindringt oder es im Frühstadium der Infektion deaktiviert.
In einem Papier veröffentlicht diese Woche in Nature Machine Intelligence, stellten die Forscher vor WIEDERHOLUNG-2020, eine Open-Source-Online-Suite von Computermodellen, die Wissenschaftlern helfen wird, kleine Moleküle schnell auf ihre potenziellen COVID-bekämpfenden Eigenschaften zu untersuchen.
„Dies ersetzt gewissermaßen (Labor-)Experimente“, sagt Oprea, Chefin der Abteilung Translationale Informatik an der UNM School of Medicine. „Es engt das Feld ein, worauf sich die Leute konzentrieren müssen. Deshalb haben wir es online gestellt, damit jeder es nutzen kann.“
Opreas Team an der UNM und eine weitere Gruppe an der University of Texas in El Paso unter der Leitung von Suman Sirimulla, PhD, begannen im vergangenen Frühjahr mit der Arbeit am REDIAL-2020-Tool, nachdem Wissenschaftler am Nationales Zentrum zur Förderung der translationalen Wissenschaften (NCATS) veröffentlichten Daten aus ihren eigenen Studien zur Umnutzung von COVID-Medikamenten.
Sie möchten Moleküle finden, die all diese Dinge tun und nicht die Dinge tun, die wir nicht tun sollen.
„Als mir das bewusst wurde, dachte ich: ‚Moment mal, es gibt hier genug Daten, um solide Modelle für maschinelles Lernen zu erstellen'“, sagt Oprea. Die Ergebnisse der NCATS-Laborassays bewerteten die Fähigkeit jedes Moleküls, das Eindringen von Viren, die Infektiosität und die Reproduktion zu hemmen, wie beispielsweise den zytopathischen Effekt – die Fähigkeit, eine Zelle vor dem Abtöten durch das Virus zu schützen.
Biomedizin-Forscher konzentrieren sich oft auf die positiven Erkenntnisse aus ihren Studien, aber in diesem Fall berichteten die NCATS-Wissenschaftler auch, welche Moleküle keine virusbekämpfende Wirkung hatten. Die Einbeziehung negativer Daten erhöht tatsächlich die Genauigkeit des maschinellen Lernens, sagt Oprea.
„Die Idee war, dass wir Moleküle identifizieren, die dem perfekten Profil entsprechen“, sagt er. „Sie wollen Moleküle finden, die all diese Dinge tun und nicht die Dinge tun, die wir nicht tun sollen.“
Das Coronavirus sei ein listiger Gegner, sagt Oprea. "Ich glaube nicht, dass es ein Medikament gibt, das alles zu einem T passt." Stattdessen werden Forscher wahrscheinlich einen Multi-Drug-Cocktail entwickeln, der das Virus an mehreren Fronten angreift. "Es geht zurück auf den Doppelschlag", sagt er.
REDIAL-2020 basiert auf maschinellen Lernalgorithmen, die in der Lage sind, riesige Datenmengen schnell zu verarbeiten und versteckte Muster aufzudecken, die für einen menschlichen Forscher möglicherweise nicht wahrnehmbar sind. Das Team von Oprea validierte die Vorhersagen des maschinellen Lernens basierend auf den NCATS-Daten, indem es sie mit den bekannten Wirkungen zugelassener Medikamente in UNMs verglich DrugCentral Datenbank.
Im Prinzip ist dieser Rechenworkflow flexibel und könnte trainiert werden, um Verbindungen gegen andere Krankheitserreger zu bewerten sowie Chemikalien zu bewerten, die noch nicht für den menschlichen Gebrauch zugelassen sind, sagt Oprea.
„Unsere Hauptabsicht bleibt die Wiederverwendung von Medikamenten, aber wir konzentrieren uns eigentlich auf jedes kleine Molekül“, sagt er. „Es muss kein zugelassenes Medikament sein. Jeder, der sein Molekül testet, könnte sich etwas Wichtiges einfallen lassen.“