Computational Modeling

Im Prozess der Identifizierung und Gestaltung eines Biokatalysators sind oft Erfahrung und Fähigkeiten erforderlich, zusammen mit mühsamen Zyklen von Design-Test-Optimierung. Die computergestützte Modellierungstechnik ist eine alternative Methode zu traditionellen experimentellen Verfahren, um bioaktive Moleküle für Zielbiokatalysatoren zu untersuchen. In der Industrie ist es entscheidend, die Spezifität des Zielproteins und die Wechselwirkungen für eine neuartige Verbindung aus ihrer chemischen Struktur vorherzusagen. In pharmazeutischen Anwendungen haben computergestützte Modellierungsansätze, wie zwei- und dreidimensionale quantitative Struktur-Wirkungs-Beziehungen (QSAR), Pharmakophormapping und Methoden des maschinellen Lernens zu statistisch gültigen Vorhersagen geführt.

Mehrere Prinzipien computergestützter Werkzeuge werden verwendet, um eine neuartige Verbindung zu analysieren, die in aktive Stellen passt: i) Modellierung basierend auf der 2D-Struktur bekannter aktiver Verbindungen, um ähnliche Verbindungen in großen chemischen Datenbanken zu suchen. ii) Modellierung basierend auf den Strukturen von Ligand-Ziel-Interaktionsmustern im Kristallkomplex. Ausschlussvolumina können an Rückständen hinzugefügt werden, die die Bindungsstelle umgeben, wodurch die sterischen Einschränkungen der Tasche nachgeahmt werden. iii) Modellierung basierend auf dem 3D-Raum, der durch die Form eines bekannten Substrats definiert ist. Daher können andere aktive Chemikalien modelliert werden, um in denselben Raum zu passen. iv) 3D-Modelle, bei denen verschiedene Verbindungen aus einer chemischen Datenbank in die Bindungstasche docken. Diese in silico Methoden wurden zur Untersuchung verschiedener Proteine eingesetzt. Erfolgreiche Anwendungen umfassen Arzneimittelentwicklung, Enzymcharakterisierung und Substratidentifikation, Toxikologie und andere.

Der Service der computergestützten Modellierung von Creative Enzymes hilft Kunden, die am besten geeigneten Substrate für ihr Ziel zu finden. Mit einer Vielzahl von in silico Werkzeugen bieten die professionellen Dienstleistungen viele Einblicke in die gewünschten Biokatalysatoren zu relativ niedrigen Kosten:

• Chemische Datenbanksuche.
• Dreidimensionale Strukturvorhersage und -bestimmung.
• Virtuelles Screening von Substraten.
• Rationale Gestaltung des Biokatalysators.

Abbildung 1. Prinzipien der häufig angewandten computergestützten Werkzeuge, veranschaulicht an der Kristallstruktur von 17β-HSD1
(Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology, 2017)