Fig. 1. Rappresentazioni di un percorso di montaggio, prendendo come esempio l'adenina. (A) Uno dei tanti percorsi di assemblaggio dell'adenina (risulta essere il più breve, secondo il nostro algoritmo MC, spiegato più avanti). Il pool di assemblaggio (mostrato all'interno delle caselle tratteggiate) si evolve con ogni fase di assemblaggio. I colori indicano quali due blocchi di costruzione dell'assieme vengono utilizzati per creare il nuovo (si noti che gli schemi di colori sono indipendenti per ogni passaggio). (B) La rappresentazione del passaggio chiave del percorso di assemblaggio. (C) Il processo congiunto per ogni fase di assemblaggio chiave, che viene utilizzato per elaborare la rappresentazione multiinsieme. (D) La rappresentazione multiset di questo percorso di assemblaggio. In senso stretto, dovrebbe essere scritto come {[1]1, [2]1} dove l'apice "1" è la molteplicità di questo blocco costitutivo dell'assieme, questo è, dopo aver annullato, appare una volta sul lato sinistro di (C), ma per semplicità, scriviamo esplicitamente la molteplicità solo quando non è 1. Credito:DOI:10.1126/sciadv.abj2465
Un nuovo metodo per esplorare lo spazio chimico potrebbe aiutare a creare scoperte scientifiche in aree tra cui la progettazione e la scoperta di farmaci, dicono i suoi creatori.
Il concetto, nota come teoria dell'assemblaggio, è delineato in un nuovo articolo pubblicato oggi sulla rivista Progressi scientifici da un team della School of Chemistry dell'Università di Glasgow.
La teoria dell'assemblaggio consente agli scienziati di trasformare le molecole in alberi molecolari, come un albero genealogico che identifica i genitori e la prole, e la tecnica può essere verificata sperimentalmente e computazionalmente.
Il gruppo, guidato dal professor Lee Cronin, ha usato la teoria dell'assemblaggio per esplorare lo spazio chimico, il termine che gli scienziati usano per il vasto pool di potenziali combinazioni di molecole e composti chimici.
Ogni sostanza chimica conosciuta ha una posizione unica nello spazio chimico. Alcuni, come il DNA, si sono sviluppati naturalmente attraverso l'evoluzione, mentre altri, come molte medicine, sono stati creati attraverso la sperimentazione nei laboratori.
La teoria dell'assemblaggio fornisce agli scienziati la capacità di scomporre le molecole nelle loro parti costituenti, e trovare nuovi modi per combinarli con altre molecole che hanno parti simili.
Il processo è analogo alla scomposizione delle parole in lettere, poi mischiare le lettere per formare nuove parole. Offre ai chimici un approccio più strutturato alla scoperta di nuove molecole, che spesso richiede lunghi tentativi ed errori prima di trovare combinazioni utili.
Nella carta, il team descrive come hanno usato il loro approccio alla teoria dell'assemblaggio per esplorare la classe di farmaci noti come oppiacei, antidolorifici potenti ma che creano dipendenza che possono essere mortali se usati in modo improprio.
Nuove forme di oppiacei, altrettanto efficaci nel trattamento del dolore, ma potenzialmente meno pericolose, potrebbero offrire ai medici nuovi approcci alla cura dei pazienti.
Su un computer che esegue il loro algoritmo di teoria dell'assemblaggio, il team ha raggruppato nove oppiacei naturali e sintetici. Il sistema ha rotto le molecole in parti più piccole note come pool di assemblaggio ed ha esplorato le combinazioni dei pool fino a trovare un percorso che potesse costruire tutti gli oppiacei nel gruppo.
Prendendo le parti comuni a tutti i percorsi dell'albero di assemblaggio degli oppiacei, il team è stato in grado di inventare nuovi oppiacei combinando le parti insieme in modi leggermente diversi per mantenere la forma complessiva della molecola, ma esplora nuove tipologie architettoniche.
In questo modo, il processo di scoperta può esplorare nuovi potenziali tipi di farmaci, ma mantieni alcune delle caratteristiche chiave necessarie affinché il farmaco sia attivo. Ulteriori esplorazioni in futuro potrebbero portare allo sviluppo di nuovi tipi di antidolorifici che creano meno dipendenza.
Il professor Cronin ha dichiarato:"Lo spazio chimico non è solo grande, è incredibilmente vasto. Ci sono più molecole potenzialmente simili a farmaci da esplorare che stelle nell'universo osservabile.
"Ciò che la teoria dell'assemblaggio ci dà è una mano per navigare in quello spazio chimico lavorando a ritroso da molecole conosciute. Scomponendole nelle loro parti costituenti, possiamo sviluppare la nostra comprensione di come sono stati creati e come possono essere combinati per creare nuovi composti.
"Rimuove molte delle congetture che hanno caratterizzato il processo della chimica fino ad ora, e potrebbe potenzialmente semplificare il processo di sviluppo di nuovi composti da utilizzare in medicina. Siamo particolarmente entusiasti dei potenziali nuovi candidati oppiacei che questa tecnica ha trovato".
La carta della squadra, intitolato "Esplorare e mappare lo spazio chimico con alberi di assemblaggio molecolare, " è pubblicato in Progressi scientifici .
