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  生物分子互作计算机模拟及优化分析服务

服务内容

1.生物分子之间作用机理研究

2.药物分子设计与药物先导化合物优化

产品概述

IBM早在1995年就建立了计算生物学中心,专门从事生物分子相互作用、受体相互作用机理、药物分子设计及药物先导化合物优化相关领域研发工作,目前IBM专门开发了一套Blue mate系统,已经在药物靶点分析、药分子设计、筛选等领域做出了相应的成果。2014年年初,通过与IBM的合作,大大提升我单位在生物分子互作机理及药物设计和药物优化等相关领域的研发能力和服务能力。

生物分子相互作用研究包括两方面:一是生物大分子之间的相互作用以及生物大分子与小分子之间的相互作用,例如抗体与受体之间的相互作用以及酶与小分子之间的作用;二是筛选与生物大分子最契合的小分子,例如筛选出与蛋白质作用位点相匹配的小分子。生物分子互作研究在药物设计和药物分子筛选优化具有重要作用。

药物设计是以药物的受体理论、生化机制、药物在体内的运转等理论为基础来设计新型药物的产业。在早期药物设计中主要采用药物化学、分子生物学等试验手段来进行药物筛选优化,由于药物对安全的要求非常高,所以一款新药的研究往往需要10多年之久。而这其中作为药物设计基础的分子优化对整个药物设计的成功与否起着决定性的作用。

随着人们对酶与受体的理解日趋深入,对酶的性质、酶反应历程、药物与酶复合物的精细结构日益明朗,而且随着量子化学的发展,这使得通过计算机模拟的手段模拟与受体相结合的药物活性结构已经变成了现实,因此我们可以通过QM/MM方法高性能计算机模拟的手段模拟生物大分子之间以及生物大分子与小分子之间的作用机制,在此基础上进一步的优化出最为合适的药物分子,为药物的后续研发打下物质基础。

生物分子之间作用机理研究

1.     产品描述

传统的实验手段难以准确的研究生物大分子之间以及生物大分子与小分子之间的作用机制,而通过理论计算模拟的手段可以更加直观的了解这一过程,加深对其作用机理的理解,进而为相关领域的发展提供理论依据。

2.     分析内容

通过采用量化软件(GaussianORCA等)以及分子动力学软件(AMBERGromacs等)对分子进行计算机模拟,通过分析分子的电荷分布、分子轨道、空间效应以及分子间相互作用力、反应活化能等来分析研究分子间的作用机理,并在此基础上归纳总结反应特性,为之后的相关研究提供理论依据。

3.     作用机理分析流程图

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生物分子作用机理分析流程图

4.     分析成果图示

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酶催化小分子反应机理的分析

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小分子与生物大分子结合时的作用方式对体系稳定性的影响的分析

药物分子设计与药物先导化合物优化

1.     产品描述

随着科技的发展,当前已经拥有庞大的生物分子数据库以及各种各样的药物分子数据库,而传统的实验手段已经难以从庞大的数据库中快速的筛选出符合特定需求的分子体系。目前我们已经可以通过分析确定药物的作用机制,并在此基础上通过计算机模拟筛选的方式快速的筛选出符合特定条件的一系列分子,从而大大的加快分子筛选过程。

2.     筛选内容

通过研究药物作用的机理进而确定所要筛选的分子所具备的特性,以此为基础从分子数据库中进行初步筛选。对筛选出来的分子采用计算机模拟进行分子对接筛选,进一步筛选出少量更为合适的分子,然后再通过分子模拟的手段确定所需要的分子。 

3.     筛选流程图

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分子筛选流程图

4.     分析成果展示

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通过分子对接和分子动力学模拟的手段来筛选所需要的分子

IBM计算生物学项目组的支持

IBM计算生物学中心在相关领域拥有丰富的研究经验,当前有40多位资深的研究员在相关领域做出了卓越的成就,而且IBM推出的针对计算生物学的Blue Gene超级计算机更是大大提高了计算生物学的研究进度。我单位在相关领域已经有了大量的成果,通过与IBM合作,引进Blue Gene超级计算机,及Bluemata分子相互作用分析软件,在我们高性能计算环境下,与IBM计算生物学研究团队合作,大大提高我单位在生物分子筛选、生物分子互作及靶向分析匹配的准确性等研发能力,大大宿短生物分子的筛选优化时间,为生物分子作用机理及生物分子的药物先导化合物的开发提供强力工具和服务保障。

 

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