蔡继永

【摘要】近年来，随着计算机技术和分子生物学、生命科学、医药化工等有关专业的蓬勃发展，计算机技术在药品研究中的运用日益普遍，先进的计算机技术可以为研发人员提供了强有力的工具，能够极大的提高药物分析水平和药物研制的成功率，还能降低了药物研制成本，对于药物化学研究具有重要的推动作用。

【关键词】计算机技术;药物研发;药物化学

一、计算机辅助药物设计技术

随着计算机技术的不断进步和发展，计算机技术在药物研发领域发挥着越来越重要的作用。通过计算机的帮助，药物研发人员可以通过更多的渠道和方法来获取以前很难得到的信息。计算机辅助药物设计技术是一门较为复杂的交叉学科，是一种将计算机化学、生物化学、信息学、分子生物学等多种学科融合起来而产生的一种应用于临床药物研究的科学。这种新兴学科的建立和发展将为药物化学带来新的内容，使药物设计进入了一个新阶段。该技术大大提高了药物研制的成功率，降低了药物研制成本，还缩短了药品上市的周期，是目前新药研发的核心技术之一。

二、计算机技术在药物研发中的应用

计算机学科的快速发展，推动了大数据挖掘、计算机辅助设计和生物智能开发等新技术的快速发展。同时伴随着生物技术中X射线晶体学、核磁共振技术、以及与大量疾病相关的生物大分子三维结构的确定，极大的促进了计算机技术在生物医药研究中的广泛应用。

2.1在药物靶点的发现与确证中的应用

作为药物研发的关键步骤，药物靶点的发现和确认是药物研发的难点和瓶颈之一，迄今已发现的药物靶点有500多个，选择确定药物的有效靶点是新药研发的首要任务，计算机辅助药物设计技术的应用可以帮助研发人员快速有效地找到靶点，并提高准确度，从而缩短药物研发周期，推进药物研发进程。

2.1.1生物信息学的应用

融合了生物、数理和计算机技术的生物信息学综合利用数学和信息学的知识与工具，对生物学信息实现了收集、加工、保存、分析与解释。通过应用BLAST、CLUSTAL、PROMALS3D等生物信息学软件系统，综合利用计算机信息技术工具对基因组研究、蛋白质组学的生物数据资料实现收集、保存、分析、处理，并通过多种序列比较程序将靶位序列和数据库系统中的同源顺序实现了比较，从而完成对靶位的分析;PPT-DB数据库能够准确估计蛋白质的二级分子结构、等电点、疏水性等生化特性，从而完成对靶位的鉴定。另外，利用生物信息学技术能够综合解析大量的临床试验数据，为靶点的确证提供了全新的视角。

2.1.2支持向量机算法的应用

支持向量机算法通常具有速度快、支持数据量级大的特点，作为机器学习领域的经典算法，自从被提出后在诸多复杂的场景领域和工程实践中得到了广泛的应用。在生物信息学等应用领域，人们支持向量机算法进行构建人工智能模式来区别成药理与非药理蛋白质，进而预计“先进”的药品靶点，以解决计算机在辅助药品设计中由于比较氨基酸顺序之间的相似关系，而很难找到与已有靶点之间同源性较低的问题。

2.1.3反向分子对接技术的应用

分子对接技术是藥物筛选的重要环节，分子对接一般指两个或多个分子通过几何匹配和能量匹配相互识别的过程，通过分子对接技术可以检验其与靶向受体的结合能力。而反向正分子对接技术通过把同一种小分子药物对接到多个蛋白的活性体位点并对结合特性进行解析，再通过结合紧密程度来判断可能的潜在药物靶位的技术。该技术能够有效大规模的确定和验证靶位点，进行毒副作用的研究。

2.2在先导化合物的发现和优化中的应用

先导产物的发现和优化是现代新药研究的重要起点，也是现代新药研发失败的关键问题。新药是由生化家通过人工合成大量产物，再和药理学家利用不同模式经过大量遴选的结果。主要的获取路径有：从自然产物到先驱产物、以已有新药为先驱产物、利用活性或内源性物质成为先导化合物、运用组合化学方法和高通量检测获得先驱产物、利用计算机技术开展靶向检测获得先驱产物等。尤其在计算机辅助的新药设计中的SBDD、MBDD、PBDD、LBDD、HTVS等关键技术，将极大地推动后来对先驱产物的发掘与优化。

2.2.1基于结构的药物设计

以新靶点的化学构造信息和已知活性化合物中的小分子信息为基准，通过更深层次地探究化学接收器和小分子之间的相互作用，进行更合理的新型制剂方案设计，或使用AutoDock、Gold、Dock、FlexX、Glide等对接软件，设计与活性物质相互作用的新分子或寻找新先导物质。基于结构的新药物设计SBDD，将研究对象通过软件理论计算建立物理模型和药理学的实验方法得出的实验结果，建立最终的数据模拟结果和图形显示，从而完成药物设计。

2.2.2基于配体结构的药物设计

在生物靶未知的情况下，从已有的小分子结构出发，对已知活性化合物进行结构分析，基于系列配体分子的药效三维结构、理化性质、药效基团模型、虚拟受体及其定量构效关系，形成先导化合物，对化合物活性和结构改良进行预测或指导。基于配体的新药设计，一方面通过对有相似母体构成的同系物分子研究定量构效关联QSAR，另一方面是通过建立共同作用于同一靶位上的药效团模式。定量构想关系利用训练集和测试集检验、参数运算、大数据分析、定量构效关联模拟及其具体应用，来描述化学结构各种因素与特殊生物学活性强度之间的交互关联，从而定量分析药物与靶位之间的特殊的相互作用，并探索药品分子结构各种因素和生物学活性之间的量变规律。药效集团理论基于化合物一部分构型变化或是生物活性产生相应改变的概念，进而考虑相关药效集团元素的空间位置，从而涵盖设计新型配体分子时所需要的三维结构构造信息，给人们提出了探索先导物质新构造类型的有效途径。

结束语

综上所述，随着计算机技术的发展和进步，在药物研发中被应用的越来越多。各种先进计算机技术的应用不光降低了药物的开发成本还大大的缩短了新药研发周期。未来随着技术的更新，计算机技术有望在药物研发领域中得到更广泛的应用，我们在药物研发的过程中，要积极推动相关人才的培养，提升对计算机技术的重视程度，使其在药物研发中发挥更好的作用。

参考文献：

基于分子对接的计算机虚拟筛选技术在新药发现中的应用进展[J]. 刘玉甜，赵诗雨，吕邵娃.  化学工程师. 2020（02）

计算机辅助药物设计的研究进展[J]. 刘轲，陈曦，蔡如意，应沂岑，郭雪媛，赵清璇，初明.  转化医学电子杂志. 2018（09）

吴建明：在药物筛选的世界里潜心笃行[J]. 卫婷婷.  科学中国人. 2021（09）

基金项目：滁州城市职业学院校级横向课题（2021hxkt01）