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USO DE BIBLIO BIBLIOTECAS TECAS QUÍMICAS ... - Elfos Scientiae

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<strong>USO</strong> <strong>DE</strong> <strong>BIBLIO</strong><strong>TECAS</strong> <strong>QUÍMICAS</strong> VIRTUALES PARA EL DISEÑO <strong>DE</strong> MEDICAMENTOS<br />

<strong>USO</strong> <strong>USO</strong> <strong>DE</strong> <strong>DE</strong> <strong>BIBLIO</strong> <strong>BIBLIO</strong><strong>TECAS</strong> <strong>BIBLIO</strong> <strong>TECAS</strong> <strong>QUÍMICAS</strong><br />

<strong>QUÍMICAS</strong><br />

VIRTU VIRTUALES VIRTU ALES P PPARA<br />

P ARA EL EL DISEÑO<br />

DISEÑO<br />

<strong>DE</strong> <strong>DE</strong> MEDICAMENT<br />

MEDICAMENTOS<br />

MEDICAMENT OS<br />

INTRODUCCIÓN<br />

INTRODUCCIÓN<br />

CAPÍTULO 21<br />

NELIA LÓPEZ MARÍN 1 , ROLANDO RODRÍGUEZ FERNÁN<strong>DE</strong>Z 1<br />

1 Centro de Ingienería Genética y Biotecnología. Ave. 31 e/ 158 y 190, Playa. AP 6162,<br />

CP 10600, Ciudad de La Habana, Cuba.<br />

405 405<br />

405<br />

Uno de los objetivos esenciales de la química medicinal es el descubrimiento de<br />

nuevos agentes terapéuticos. Durante siglos, los químicos aislaron los principios<br />

activos de sus fuentes naturales como extractos y los estudiaron, lo que dio<br />

origen a esta nueva ciencia. Sin embargo, con el desarrollo de nuevos métodos<br />

de separación se demostró que, generalmente, un sólo compuesto presente en<br />

estos extractos era el responsable de la acción curativa.<br />

El alto nivel de integración entre la química, la física y la biología en los últimos<br />

tiempos, ha hecho que la búsqueda de compuestos con propiedades curativas<br />

se haga de manera más racional mediante el estudio más profundo de<br />

las bases moleculares de las enfermedades. Este fenómeno ha hecho posible<br />

la generación de medicamentos cada vez más específicos y con menos efectos<br />

colaterales.<br />

El estudio de las enfermedades a este nivel implica el conocimiento de los mecanismos<br />

metabólicos celulares y su interacción con todos los sistemas del organismo,<br />

para poder encontrar un paso sobre el cual se pueda trabajar y modificar<br />

el curso del proceso. Generalmente, se encuentra al final una proteína con una<br />

función determinada en este complejo sistema y es necesario regular su actividad<br />

biológica mediante la unión de un compuesto químico, el cual se convierte<br />

inmediatamente en el agente terapéutico. A esta proteína se le llama “blanco”<br />

puesto que hay que diseñar el compuesto para que se dirija y se una sólo a ella.<br />

Una vez identificado el blanco, uno de los pasos críticos del proceso es encontrar<br />

nuevos compuestos que se unan a él de forma muy selectiva. Históricamente,<br />

este descubrimiento era un proceso en serie en el que se evaluaban y<br />

optimizaban los compuestos uno a uno, a través de ensayos biológicos a partir<br />

de una biblioteca de compuestos químicos sintéticos atesorada por las compañías<br />

farmacéuticas durante años. Poseer una biblioteca de este tipo lo más grande


406<br />

406<br />

406 CAPÍTULO 21<br />

posible, era el método que garantizaba la diversidad y variabilidad que permitía<br />

encontrar algún compuesto y utilizarlo para mejorar sus propiedades y<br />

comercializarlo. Este compuesto que sirve de punto de partida se conoce<br />

como compuesto líder.<br />

El surgimiento de nuevas tecnologías como la química combinatoria, que permite<br />

la síntesis química simultánea de cientos de miles de compuestos a un costo<br />

no muy alto, ha hecho que las bibliotecas se puedan generar para su utilización<br />

en un estudio específico, de manera que no sea necesario depender sólo de la<br />

biblioteca acumulada históricamente.<br />

A esta metodología se le unió otra tecnología conocida como tamizaje rápido<br />

(del inglés high throughput screening), que cambió de forma significativa la<br />

forma de enfrentar el problema. Este método consiste en la utilización de robots<br />

para ensayar varios cientos de miles de compuestos de forma simultánea.<br />

En la actualidad se han combinado robots para la síntesis de bibliotecas<br />

combinatorias con los que realizan los ensayos biológicos para hacer el proceso<br />

de forma cada vez más masiva.<br />

La generación y evaluación rápida de bibliotecas combinatorias es una tecnología<br />

ampliamente difundida que ha permitido seleccionar inhibidores potentes<br />

como candidatos potenciales de medicamentos [1-3]. La química<br />

combinatoria ha demostrado que es posible sintetizar bibliotecas de entre 1 000<br />

y 100 000 compuestos. La Figura 21.1 muestra un ejemplo de biblioteca<br />

combinatoria de pirrolidina, así como los componentes a partir de los cuales<br />

se puede armar el esqueleto [4].<br />

Figura 21.1. Ejemplo de una biblioteca combinatoria de pirrolidina.


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407 407<br />

407<br />

Sin embargo, cuando se evalúa este tipo de bibliotecas —aunque se trate de<br />

seleccionar de forma representativa— las posibilidades de éxito son muy bajas<br />

y muchas bibliotecas no han podido ser asociadas a alguna función biológica.<br />

Este hecho mostró la necesidad de diseñar bibliotecas combinatorias de forma<br />

racional, basado en los métodos que se han utilizado tradicionalmente para el<br />

diseño de compuestos aislados —esta vez de forma masiva— y se han desarrollado<br />

con éxito varios algoritmos de diseño estructural para evaluar y crear<br />

bibliotecas combinatorias con muy buenos resultados [5, 6].<br />

A partir del conocimiento que se ha acumulado durante los tres últimos siglos<br />

acerca de la síntesis y análisis de los compuestos químicos, en la actualidad se<br />

dispone de bases de datos que recogen no sólo los compuestos, sino también<br />

una gran cantidad de propiedades físicas, químicas y farmacológicas de compuestos<br />

orgánicos e inorgánicos [7, 8]. Estas bases de datos de hecho constituyen<br />

bibliotecas virtuales que pueden ser utilizadas para el diseño de medicamentos<br />

sobre la base del análisis de la estructura, lo cual se ha probado que es un<br />

método potente para obtener ligandos posibles [9].<br />

Por otra parte, se ha estimado que el número total de compuestos orgánicos con<br />

masa molecular menor que 750 unidades de masa atómica es de cerca de 10200 ,<br />

lo que hace evidente que las bibliotecas virtuales se deben reducir a bibliotecas<br />

más pequeñas que mantengan la mayor cantidad posible de compuestos activos<br />

en presencia de un blanco determinado [10].<br />

CICL CICLO CICL O <strong>DE</strong> <strong>DE</strong> DISEÑO DISEÑO <strong>DE</strong> <strong>DE</strong> MEDICAMENT<br />

MEDICAMENTOS<br />

MEDICAMENT OS<br />

La Figura 21.2 muestra el ciclo de diseño racional de medicamentos. Una vez<br />

identificado el blanco, el paso siguiente es la generación de series de compuestos<br />

que puedan ser sintetizados y ensayados.<br />

Para esto es de importancia vital el uso de la mayor cantidad de información<br />

disponible que permita reducir al máximo el espacio virtual. Entre la información<br />

importante a tener en cuenta se encuentran los datos de compuestos que<br />

interaccionan con el blanco o receptor, las características estructurales de esta<br />

interacción y las propiedades químicas o farmacológicas de los compuestos.<br />

Como se puede suponer, el mejor de los casos que se puede encontrar es aquel<br />

en el que se disponga de la estructura tridimensional de la proteína blanco en<br />

complejo con su ligando natural u otro compuesto. Esta estructura provee de<br />

información detallada acerca de la topología del sitio de unión y de las características<br />

fundamentales que deberán tener los compuestos a diseñar.<br />

Después de la selección inicial, alrededor de 1 000 compuestos deben pasar a la<br />

etapa de síntesis y ensayos biológicos. A partir de estos resultados se deben


408<br />

408<br />

408 CAPÍTULO 21<br />

proponer decenas de ellos para ensayos in vivo posteriores, y de ahí los mejores<br />

pudieran ser patentados y llevados a modelos animales y ensayos clínicos.<br />

El diagrama es cíclico y en cualquiera de los pasos de ensayos biológicos, ensayos<br />

in vivo o ensayos clínicos, se obtiene información que se puede utilizar<br />

para refinar la selección inicial. Es importante reducir lo más posible el número<br />

de compuestos que pasen a las etapas posteriores de ensayos biológicos y clínicos,<br />

debido a que estos pasos son los más costosos.<br />

Figura 21.2. Ciclo de diseño de medicamentos.


<strong>USO</strong> <strong>DE</strong> <strong>BIBLIO</strong><strong>TECAS</strong> <strong>QUÍMICAS</strong> VIRTUALES PARA EL DISEÑO <strong>DE</strong> MEDICAMENTOS<br />

EV EVAL EV AL ALUACIÓN AL ACIÓN VIRTU VIRTUAL VIRTU AL<br />

409 409<br />

409<br />

El espacio total predicho de 10200 compuestos posibles a evaluar es muy grande.<br />

Si se procesa una molécula por minuto, en un mes se pueden procesar alrededor<br />

de 43 000 moléculas. Por ejemplo, si se usa +n 32 procesadores el número<br />

aumentaría a 1 400 000 al mes. Este número aún es muy inferior al total de<br />

compuestos posibles, por lo que es necesario reducir el espacio virtual.<br />

En primer lugar, los compuestos de la biblioteca tienen que ser sintetizables,<br />

mediante reacciones que funcionen en gran escala y con reaccionantes que puedan<br />

ser adquiridos o preparados de forma fácil y barata. Se debe tener en cuenta<br />

que el objetivo final es obtener un medicamento, por lo que en las moléculas de<br />

la biblioteca deben predominar propiedades como el tamaño y la solubilidad.<br />

Existen alrededor de 2 500 esqueletos de medicamentos conocidos y, como<br />

promedio, cada uno tiene 3 cadenas laterales de las aproximadamente 1 000<br />

cadenas laterales diferentes [11]. Si se multiplican estos números tenemos:<br />

(10 000 esqueletos) x (1 000 grupos laterales) 3 = 1013 compuestos. Aunque mucho<br />

menor que 10200 , esta cantidad todavía es un gran problema para el análisis.<br />

Otra de las formas de simplificar más el problema es evitar la inclusión de todos<br />

los compuestos de una serie que pudieran tener características muy similares.<br />

Debido a la gran cantidad de moléculas, es necesario obtener la mayor cantidad<br />

de información posible de cada compuesto. Incluso, en los casos en que hace<br />

falta refinar los compuestos finales con cambios pequeños, no se sintetizan todos<br />

los compuestos concebibles y existen métodos para garantizar la variabilidad de<br />

los compuestos que emplean algoritmos evolutivos y métodos de agrupamiento.<br />

En general, la estrategia a seguir depende, en gran medida, de la información<br />

con que se cuente. Para cada problema específico, y aunque pudiera definirse<br />

una estrategia general, siempre existirá una solución diferente.<br />

CONSTRUCCIÓN<br />

ONSTRUCCIÓN <strong>DE</strong> <strong>DE</strong> LA LA MOLÉCULA<br />

MOLÉCULA<br />

Existen dos formas de construir la biblioteca en la computadora. Una consiste<br />

en usar reaccionantes y reacciones como las que se muestran en la Figura 20.3.<br />

Para limitar la cantidad de compuestos se fija el número de reaccionantes y<br />

reacciones permitidos para cada molécula y se seleccionan los reaccionantes<br />

disponibles comercialmente o que se puedan sintetizar con un costo bajo. También<br />

es posible ir generando un número elevado de moléculas a partir de esqueletos<br />

y cadenas laterales, y después utilizar programas de síntesis orgánica asistida<br />

por computadora que permiten determinar qué moléculas se pueden sintetizar. La<br />

Figura 21.1 ilustra un ejemplo de este tipo de bibliotecas.


410<br />

410<br />

410 CAPÍTULO 21<br />

Figura 21.3. Ejemplo de una biblioteca combinatoria formada por reacciones y reaccionantes.<br />

SIMILITUD IMILITUD Y DIVERSIDAD<br />

DIVERSIDAD<br />

La estrategia general del diseño depende del problema específico. Cuando se<br />

desea refinar un líder de síntesis, el tamaño de la biblioteca se puede reducir si<br />

se seleccionan solamente los compuestos similares a él. Existen descriptores o<br />

características de las moléculas que se pueden calcular a partir de la estructura<br />

bidimensional de los compuestos, y se han desarrollados varios métodos que se<br />

pueden emplear en esos cálculos [12]. Muchos de los métodos son muy rápidos<br />

y permiten procesar gran cantidad de estructuras.<br />

Cuando se busca por primera vez un líder de síntesis, la biblioteca virtual debe<br />

incluir la mayor variedad de compuestos posible. En estos casos, el concepto<br />

de diversidad y su instrumentación en algoritmos específicos es muy importante.<br />

Una forma de hacerlo es mediante el agrupamiento de los compuestos de la


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411 411<br />

411<br />

base de datos y crear varios grupos en los que los compuestos sean similares<br />

entre sí —dentro de cada grupo—, mientras que los compuestos de grupos<br />

diferentes no guarden ninguna similitud entre ellos [13]. Otros procedimientos<br />

que usan algoritmos genéticos y de enfriamiento lento simulado (en inglés,<br />

simulated annealing) se están instrumentando con éxito para estos fines [14, 15].<br />

Figura 21.4. Algunos grupos funcionales no deseados en los medicamentos.


412<br />

412<br />

412 CAPÍTULO 21<br />

APLICACIÓN<br />

PLICACIÓN <strong>DE</strong> <strong>DE</strong> FIL FILTROS FIL TROS<br />

Debido a la gran cantidad de moléculas a analizar, es necesario emplear métodos<br />

que permitan identificar y eliminar de forma rápida los compuestos no<br />

deseados. Es preciso identificar esos compuestos en etapas tempranas del proceso<br />

para no aplicarles aquellos análisis que consumen más tiempo y recursos<br />

computacionales, como la generación de las estructuras 3D y el acoplamiento.<br />

En estos casos se deben aplicar filtros a la biblioteca virtual, que eliminan, por<br />

ejemplo, todas las moléculas que contienen grupos funcionales muy reactivos<br />

o tóxicos. Es bueno también tener en cuenta características como el peso<br />

molecular, la hidrofilicidad y la flexibilidad, ya que no es conveniente tener<br />

moléculas muy grandes, muy hidrofóbicas o extremadamente flexibles (Figura<br />

21.4), que además de ser impedimentos para la síntesis química, son propiedades<br />

no muy comunes en las bases de datos de medicamentos conocidos [16].<br />

En los últimos años ha habido un aumento en el desarrollo de métodos automáticos<br />

que permiten predecir otras propiedades fisicoquímicas de las medicamentos,<br />

como la absorción oral, la solubilidad y la permeabilidad a través de<br />

membranas biológicas, entre otras [17]. También han surgido estrategias que,<br />

partiendo del análisis de bases de datos de medicamentos conocidos, extraen<br />

información de ciertas propiedades y crean índices que permiten calcular cuánto<br />

se parece una molécula a un medicamento. [18, 19].<br />

GENERACIÓN<br />

ENERACIÓN <strong>DE</strong> <strong>DE</strong> <strong>DE</strong> LAS LAS CONFORMACIONES<br />

CONFORMACIONES<br />

Una vez creada la biblioteca virtual y eliminados los grupos no deseados, el próximo<br />

paso es generar una o varias conformaciones tridimensionales para cada una<br />

de las moléculas. Existen varios programas comerciales que convierten la tabla<br />

de conexiones 2D en una estructura tridimensional, como CORINA [20],<br />

CONCORD (Tripos), CONVERTER (Molecular Simulations, Inc.), entre otros.<br />

ACOPLAMIENT<br />

COPLAMIENT<br />

COPLAMIENT<br />

COPLAMIENTO COPLAMIENT TRIDIMENSIONAL TRIDIMENSIONAL Y PUNTU PUNTUACIÓN<br />

PUNTU PUNTUACIÓN<br />

ACIÓN<br />

Para los análisis tridimensionales es necesario contar con la estructura<br />

tridimensional de la proteína blanco. Lamentablemente, estos datos no están<br />

disponibles en muchos casos. Con el desarrollo de la proteómica y la genómica,<br />

se están uniendo esfuerzos para disponer de estructuras cristalográficas de alta<br />

resolución de las diferentes familias de proteínas. De esta manera, para cada<br />

blanco se pudiera contar con una estructura relacionada al menos y construir un<br />

modelo por homología de la proteína de interés.


<strong>USO</strong> <strong>DE</strong> <strong>BIBLIO</strong><strong>TECAS</strong> <strong>QUÍMICAS</strong> VIRTUALES PARA EL DISEÑO <strong>DE</strong> MEDICAMENTOS<br />

413 413<br />

413<br />

Los métodos de acoplamiento de una proteína a un ligando son en general los<br />

que más tiempo de máquina consumen. Por lo tanto, es de vital importancia<br />

que a este proceso se lleven sólo aquellas moléculas realmente de interés. Incluso,<br />

en muchos casos se aplican sólo cuando se sabe que una serie determinada<br />

de compuestos ya tiene actividad biológica demostrada [16].<br />

En general el acoplamiento consta de tres partes. La primera consiste en identificar<br />

el sitio de la proteína blanco al que se unen los ligandos; la segunda es la<br />

búsqueda de las posibles configuraciones que puede adoptar el ligando en el<br />

sitio activo de la proteína; y la tercera, la evaluación o puntuación de esta<br />

interacción, para predecir cuál de las posibles soluciones es la mejor. En muchos<br />

casos se conoce cuál es la región de la proteína a la que se une el ligando,<br />

ya sea por la disponibilidad de la estructura tridimensional de la proteína unida<br />

a otro ligando, por homología con otras proteínas de la familia o por experimentos<br />

biológicos en los que se determinan los aminoácidos implicados en la<br />

interacción. Si se tiene la proteína y no se sabe cuál es el sitio activo, existen<br />

programas mediante los cuales se puede predecir. Por ejemplo, el programa<br />

WHAT_IF [21], permite calcular las cavidades o zonas de la proteína con un<br />

“espacio vacío” que puede ser ocupado por un ligando.<br />

En sus inicios, estos métodos acoplaban a la proteína una sola conformación<br />

del ligando [22], pero se ha visto que la mayoría de las moléculas son flexibles<br />

y, por lo tanto, una sola conformación no describe adecuadamente el conjunto<br />

de todas las formas posibles en que los ligandos se unen a las proteínas. Por<br />

esta razón, se han encaminado los esfuerzos al desarrollo del acoplamiento<br />

flexible o del acoplamiento de varias conformaciones. En el acoplamiento de<br />

varias conformaciones, se generan entre 10 y 50 conformaciones para cada<br />

ligando y cada uno de estos confórmeros se acopla a la proteína blanco como<br />

una molécula rígida.<br />

En estos momentos es posible adicionar información del sitio activo a los procedimientos<br />

de acoplamiento, lo que los hace más efectivos. El programa DOCK<br />

[23], permite asignar colores a determinadas zonas en el receptor, de forma que<br />

sólo determinados grupos funcionales con ciertas propiedades —por ejemplo,<br />

donantes en enlaces de hidrógeno— puedan ocupar esas posiciones. Es posible<br />

realizar búsquedas de farmacóforos antes del acoplamiento, para asegurar que<br />

ciertos patrones geométricos de grupos funcionales estén presentes. Por ejemplo,<br />

cada conformación se puede análizar buscando si hay dos donantes en enlaces de<br />

hidrógeno separados 7 Å y sólo acoplar aquellas que cumplan la condición.<br />

Existen varios programas que permiten acoplar ligandos flexibles. Algunos<br />

de ellos usan algoritmos genéticos, en los que las propiedades evolutivas son<br />

traslaciones rígidas y rotaciones alrededor de los ángulos diédricos [24]. Otro


414<br />

414<br />

414 CAPÍTULO 21<br />

enfoque para la solución del acoplamiento flexible es el que utiliza un fragmento<br />

principal como punto de anclaje y después hace una búsqueda<br />

conformacional en el sitio activo [25]. A pesar de que el acoplamiento flexible<br />

es muy prometedor, la mayoría de los métodos disponibles hasta el momento<br />

se demoran varios minutos en cada ligando, por lo que se usan<br />

fundamentalmente para evaluar cantidades pequeñas de moléculas.<br />

Se han desarrollado estrategias de acoplamiento diseñadas específicamente para<br />

evaluar bibliotecas combinatorias [10]. Estos programas van agregando una serie<br />

de cadenas laterales a un esqueleto que se había definido y evaluado con<br />

anterioridad. Luego de la adición de cada cadena lateral se evalúa cuál de las<br />

posibles soluciones es la mejor.<br />

Independientemente de cómo se realicen los cálculos de la posición de los<br />

ligandos en el sitio activo de la proteína, es importante poder evaluar cuál de<br />

las posiciones que se predijeron es la más adecuada. Para esto se utilizan funciones<br />

que dan una puntuación determinada a cada complejo proteína-ligando,<br />

y así se determina, en primer lugar, cuáles de las posibles configuraciones de<br />

un ligando en la proteína es la mejor y qué ligandos de la biblioteca virtual se<br />

une con mayor afinidad.<br />

FARMACÓFOROS<br />

ARMACÓFOROS<br />

Aquella parte de la molécula que en sí misma se considera responsable de la<br />

actividad medicinal se conoce como farmacóforo. Un farmacóforo de tres puntos<br />

se define por tres características moleculares (ácido, átomos de nitrógeno<br />

básicos, hidrofóbico, centros de anillos aromáticos, donantes de enlaces hidrógeno,<br />

aceptores de enlace de hidrógeno) y las tres distancias entre estas características.<br />

Cuatro características y las seis distancias que las describen definirían<br />

uno de cuatro puntos (Figura 21.5).


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415<br />

Figura 21.5. Ejemplos de farmacóforos. A) Farmacóforo de 3 puntos. b) Farmacóforo de 4 puntos.<br />

La metodología que permite el estudio y definición de los grupos farmacóforos<br />

se denomina SAR (del inglés Structure-Activity Relationship). También se han<br />

desarrollado algoritmos que, mediante un análisis estadístico de estos grupos y<br />

los datos de ensayos de actividad, permiten relacionar las propiedades, distancias<br />

y posiciones relativas de otros sustituyentes, con una medida cuantitativa<br />

de esta actividad. Esto se conoce como QSAR (del inglés Quantitative SAR).<br />

En aquellos casos en los que no contamos con la estructura tridimensional de la<br />

proteína blanco, un modelo de farmacóforo puede ser de gran utilidad. Incluso,<br />

en aquellos casos en que se cuenta con información de la estructura, es de gran<br />

valor aplicar filtros usando los farmacóforos para reducir la cantidad de compuestos<br />

propuestos para la fase de acoplamiento. Estos análisis son muy rápidos;<br />

por ejemplo, chequear una biblioteca de un millón de confórmeros contra<br />

un modelo de farmacóforo de tres puntos se puede hacer en una computadora<br />

personal en varios minutos. Por supuesto, es necesaria la previa generación de<br />

todas las conformaciones posibles, proceso que sí consume tiempo.<br />

PERSPECTIV<br />

PERSPECTIVAS PERSPECTIV AS <strong>DE</strong> <strong>DE</strong> LA LA EV EVAL EV AL ALUACIÓN AL ACIÓN VIRTU VIRTUAL VIRTU AL<br />

Se ha demostrado la gran utilidad del uso de estas bibliotecas químicas virtuales<br />

para el diseño de nuevos ligandos. No obstante, la gran cantidad de información<br />

hace casi impracticable la evaluación exhaustiva de las bibliotecas. Para la<br />

reducción del espacio virtual se está evaluando un gran número de métodos<br />

nuevos que permiten definir grupos de compuestos que garanticen una buena<br />

representatividad de los diferentes grupos, sin perder la diversidad de estructuras<br />

de la biblioteca [13]. También se está desarrollando una gran cantidad de


416<br />

416<br />

416 CAPÍTULO 21<br />

algoritmos nuevos para la predicción de propiedades moleculares de diversos<br />

tipos, que aunque ya disponibles, se deben mejorar para comenzar a utilizarlos<br />

ampliamente en los próximos años. Esto permitirá realizar un mejor filtrado<br />

a la cantidad de compuestos que se desea incluir en las bibliotecas en<br />

todas las etapas, teniendo en cuenta características como la toxicología, la<br />

absorción en las mucosas, el paso de barreras biológicas como la hematoencefálica,<br />

y otras relacionadas con la farmacodinamia, que hoy sólo se<br />

pueden evaluar en ensayos clínicos [17].<br />

Los métodos de SAR y QSAR se están sometiendo a una gran revisión y se<br />

están desarrollando algoritmos nuevos a los cuales se les está incorporando el<br />

uso de la información tridimensional (QSAR 3D). Disponer de nuevos<br />

algoritmos más potentes de QSAR para evaluar los experimentos de pesquizaje<br />

de alto flujo, ayudará a aumentar la información acerca de farmacóforos conocidos<br />

y la definición de muchos nuevos [26].<br />

Durante el acoplamiento de los compuestos de la biblioteca virtual a las estructuras<br />

de los blancos, generalmente se trata el blanco como un cuerpo rígido. Sin<br />

embargo, las proteínas no son rígidas y las formas de resolver el problema no<br />

son claras: por una parte se podría tratar el sistema completo de forma dinámica<br />

o se podrían encontrar varios modelos estáticos. La variante dinámica sería<br />

la más exacta, pero los métodos de dinámica molecular consumen mucho tiempo<br />

y se haría impracticable. El modelo estático podría ser una alternativa razonable<br />

siempre que el número estático de estados sea pequeño. Los estados se<br />

pueden obtener por varios métodos: una serie de trayectorias de una simulación<br />

de dinámica molecular, varias de las estructuras en un experimento de resonancia<br />

magnética nuclear, o algunas estructuras resueltas por difracción de rayos X<br />

usando diferentes cristales o diferentes ligandos. Por el momento ninguna de<br />

estas estrategias se utiliza debido a que requieren tiempo extra.<br />

Si se considera que la gran mayoría de los organismos vivos contiene una gran<br />

cantidad de agua como medio en que se desarrollan los procesos biológicos,<br />

puede parecer obvio que las moléculas de agua desempeñan un papel fundamental<br />

en la unión de los ligandos a las proteínas. Sin embargo, los programas<br />

actuales de acoplamiento no han podido resolver el problemas de la incorporación<br />

de las moléculas de agua de forma eficiente, aunque se han instrumentado<br />

algunas variantes [25].<br />

Se ha demostrado que las funciones de puntuación son uno de los pasos más débiles<br />

en los programas de acoplamiento. En muchos casos, los programas predicen correctamente<br />

la estructura del ligando unido a la proteína blanco, pero pierden precisión al<br />

evaluar esta interacción y lograr predecir qué compuesto se puede unir con más<br />

fortaleza que otro. Esto constituye otro de los campos de desarrollo actual [27].


<strong>USO</strong> <strong>DE</strong> <strong>BIBLIO</strong><strong>TECAS</strong> <strong>QUÍMICAS</strong> VIRTUALES PARA EL DISEÑO <strong>DE</strong> MEDICAMENTOS<br />

417 417<br />

417<br />

Junto con el desarrollo de métodos y algoritmos nuevos cada vez más eficientes,<br />

en los últimos años ha habido un desarrollo notable en el equipamiento de<br />

computación, que ha sido, en muchos de los casos, el que ha permitido la<br />

aplicación de los métodos de análisis masivo ya existentes. La capacidad de<br />

cálculo se puede aumentar notablemente con el uso de computadoras configuradas<br />

a través de una red aislada para el procesamiento paralelo o distribuido.<br />

El costo de un sistema como éste, que puede alcanzar la misma capacidad<br />

que muchas de las supercomputadoras disponibles comercialmente [28], es,<br />

sin embargo, menor en varios órdenes de magnitud, lo que ha hecho que hasta<br />

los fabricantes de supercomputadoras hayan añadido este tipo de configuración<br />

a sus productos [29].<br />

A pesar de que este capítulo ha estado centrado en el diseño de medicamentos<br />

—también sucede lo mismo cuando se revisa la literatura sobre el tema—, los<br />

métodos se pueden aplicar del mismo modo exactamente al diseño de compuestos<br />

para otras ramas de la industria. Ejemplos de esto lo pueden constituir<br />

el desarrollo racional de plaguicidas e insecticidas muy selectivos y<br />

biodegradables que afecten lo menos posible al medio ambiente. Otros grupos<br />

de investigadores se dedican al diseño de nuevos tipos de fertilizantes que activen<br />

mecanismos en las plantas para utilizar con mayor eficiencia los nutrientes<br />

del suelo, o para adaptarlas a condiciones adversas. En la industria alimentaria<br />

se está trabajando para crear nuevos estabilizadores, colorantes, edulcorantes y<br />

otros aditivos mas parecidos a los compuestos naturales, sin efectos colaterales<br />

en el hombre. De forma general, en la industria química existe hoy en día una<br />

gran cantidad de regulaciones que hacen aplicable estas técnicas, para poder<br />

contar con compuestos biodegradables o fácilmente reciclables y de esa forma<br />

proteger el medio ambiente.<br />

REFERENCIAS<br />

EFERENCIAS<br />

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technologies to drug discovery. 2. Combinatorial organic synthesis, library screening strategies,<br />

and future directions. J Med Chem 1994;37:1385-401.<br />

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4. Ellman J, Stoddard B, Wells J. Combinatorial thinking in chemistry and biology. Proc Natl<br />

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418<br />

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