РБК
Совместный проект
Биомоделирование

Не тестируется на животных: как биомоделирование позволяет избавиться от жестоких опытов

Биомоделирование помогает решить проблему опытов на животных, о которой так часто говорят зоозащитники.

Веками создатели лекарств и ядов действовали методом проб и ошибок, испытывая новые составы на людях, а затем, в более гуманные времена, — на животных. В ХХ веке и такое тестирование стало восприниматься как недопустимая жестокость. Альтернативой стало компьютерное моделирование взаимодействия веществ и живых организмов. И оказалось, что математика позволяет не только избавиться от жестоких опытов, но и создавать более эффективные препараты, причем гораздо дешевле, чем раньше.

Новая точность

Считается, что первым создал математическую модель клеток сердечной мышцы и проверил ее взаимодействие с ионами калия профессор Оксфордского университета Денис Ноубл еще в 1960 году. Сейчас компьютерным моделированием пользуются во многих странах для решения самых разных задач. Там же, в Оксфорде, по-прежнему работают над созданием всё более совершенных лекарств для лечения сердечно-сосудистых заболеваний. И для того чтобы выбирать самые эффективные препараты, делают упор на компьютерное моделирование взаимодействия химических соединений и организма человека.

Исследования показывают, что тестирование новых препаратов с помощью компьютера более точно, чем опыты на животных.

Исследования показывают, что тестирование новых препаратов с помощью компьютера более точно, чем опыты на животных. Например, точность предсказывания неблагоприятных последствий из-за потенциальной токсичности лекарства для сердца — 89−96%. Разумеется, и скорость перебора возможных вариантов лекарств гораздо выше, нежели при тестировании на живых объектах.

Поиск новых лекарств

Компьютерное моделирование в биологии не ограничивается оценкой реакции организмов на воздействие каким-либо заданным веществом — оно позволяет виртуально создавать новые вещества, которые затем будут синтезировать химики «в реале». Например, в Московском институте электроники и математики НИУ ВШЭ математически моделировалось структурно-динамическое поведение белка (пептида) Tk-hefu2.

Компьютеры создавали всевозможные пространственные комбинации из десяти миллионов атомов, и в результате выяснилось, что биологически активным может быть только одно состояние этого пептида. Трудно даже представить, сколько бы пришлось поставить опытов на животных, чтобы достичь такого результата, и, что важно, сколько прошло бы лет, прежде чем нужное соединение было бы найдено.

Против сорняков

Биологическое моделирование показывает свою эффективность и при решении других задач, в частности, при поиске наиболее эффективных способов нейтрализации токсических загрязнений. Например, в попытках понять, что делать с остатками различных гербицидов, пестицидов, инсектицидов, которые используются в борьбе с сорняками, вредителями растений и паразитами животных. Эти вещества токсичны и для людей, поэтому есть необходимость в технологиях, ускоряющих процесс разложения этих соединений до безопасных.

Химики МГУ, используя университетский суперкомпьютер «Ломоносов», моделировали процессы разложения фосфорорганических пестицидов ферментами, стабилизированными аминокислотами. Математическое моделирование было затем проверено опытами, которые подтвердили расчеты: всего за трое суток весь внесенный пестицид разложился.

Задача для суперкомпьютера

Для того чтобы подобное моделирование было максимально эффективным, нужны очень мощные компьютеры, которые обычно называют суперкомпьютерами. В то время как ученые узнают всё новые и новые секреты феномена жизни и начинают учитывать самые тонкие процессы и взаимодействия, требуется всё больше ресурсов, чтобы перебрать фантастическое число вариантов развития взаимодействия веществ. И, разумеется, создать максимально подробные математические модели.

Компьютерное моделирование в перспективе сможет обеспечить нас персональными лекарствами, созданными с учетом личной биохимии. Это просто физически невозможно сделать старыми способами. Так что через какое-то время, покупая бытовую химию, косметику или лекарство, мы будем задумываться, какая огромная работа проводилась в процессе его создания. И, что приятно, ни одно животное при этом не пострадало.

Тестируем новую технологию