Автоматизированная система классификации химических соединений по биологической активности: научные принципы, основы технологии, элементы техники

Структура автоматизированной системы классификации

Общие принципы и некоторые определения

В предыдущей части была подробно рассмотрена целесообразность разработки системы биологических испытаний больших массивов ХС. В случае когда целью системы является поиск ХС, способных влиять на нормальное и (или) патологическое состояние организма человека, технологически невозможно производить такой отбор в больших массивах ХС, используя в качестве тест-объекта только животных.

Для достижения этой и ряда других целей предложена система, в основе которой лежат предварительные испытания всего массива на моделях и биодатчиках и последующие испытания наиболее перспективных веществ на требуемые виды активности с использованием животных как основного тест-объекта (Пирузян и др., 1977а, б).

Главная проблема таких испытаний — разработка методологии, включая разработку языка, который позволяет связать биологическую активность ХС, тестируемых на моделях, с их фармакологической активностью. Анализ такой проблемы, проведенный в предыдущей части, показывает, что существуют реальные пути создания такого языка и разработки методологии в целом.

В этой части монографии рассмотрены научные принципы, основы технологии и техники испытательной системы, в которой используются модельные тест-объекты.

Система1, которая рассматривается ниже, ориентирована преимущественно на поиск в таком массиве новых потенциальных лекарств и обнаружение веществ, обладающих потенциально опасным действием для человека.

Общая схема прохождения тестируемых ХС через систему подобной ориентации, включающую тесты доорганизменного уровня и фармакологические тесты на животных согласно принципам, изложенным в предыдущей части, представлена на рисунке ниже.


Система биологических испытаний ХС (общие принципы)

Система биологических испытаний ХС (общие принципы)


Технологическая система классификации, как это следует из сказанного выше, должна фильтровать все множество ХС методами экономически более выгодными и более технологичными, чем методы испытаний на животных.

Выделив путем такой фильтрации подмножества ХС, обладающих с высокой вероятностью определенными видами биологической активности, можно испытывать каждое из этих подмножеств соответствующими тестами на животных.

1Использование системы для поиска регуляторов физиологического состояния растений, для микроорганизмов продуцентов и других целей, лежащих вне организма человека, в этой части не рассматривается, хотя очевидно, что подавляющее число проблем и принципов, излагаемых в этой части, типично для всех разнообразных задач, связанных с поиском и изучением механизма действия ХС, воздействующих на живую материю. Частично приложение системы к нефармакологическим задачам рассмотрено в пятой части книги.

«Биологически активные вещества»,
Г.М.Баренбойм, А.Г.Маленков

Все тестируемые ХС проходят регистрацию и определение степени новизны, а также прогностическое установление типа потенциальной биологической (фармакологической) активности расчетными методами структурно-информационного анализа. На этом основании для веществ с невысокими значениями Q, L и М определяется та выборка тестов, через которую они должны пройти. В ряде случаев эта выборка определяется по формализованным правилам, в большинстве случаев…

В итоговом документе («Биологический паспорт»), который формируется по итогам классификации данного ХС в автоматизированной системе, излагаются цели испытаний, а также следующие сведения о тестированном ХС: исходная информация о ХС (структурная и брутто-формула, физико-химические характеристики, организация-производитель, исходное назначение); номер регистрации; степень подлинности (соответствие структур, чистота); результаты испытаний с использованием расчетных методов; оценка биологической активности и токсичных…

Можно представить схему, изображенную на рисунке ниже, в более сжатой конспективной форме, развернув все события вдоль оси времени. Смотрите рисунок — Генеральная конфигурация системы классификации ХС Такая линейная развертка событий представлена на рисунке ниже, а комментарий к ней содержится в таблице, которую можно рассматривать как расширенную подпись к этому рисунку. Смотрите рисунок — Последовательность основных…

Вся работа системы проводится в интерактивном режиме: специфика работы с биологическим тест-объектом такова, что весьма высока вероятность его отклонения от стандарта в процессе подготовки эксперимента, резкого изменения его состояния или даже гибели в процессе эксперимента и т. д. Возможны ситуации, когда результаты тестирования ХС по одной методике могут привести к изменению всего порядка последующих испытаний…

Карта информационной биотехнологии и технических средств (часть 6)

Блок 9. классификация ХС по ихспособности сенсибилизировать биологические объекты к действию Функциональное назначение Определить изменение чувствительности биологических объектов при действии на них ХС по отношению к стандартному физическому фактору (нагревание, световое облучение и другие факторы в зависимости от задачи). Знание таких характеристик позволяет: 1) прогнозировать результат комбинированного действия ХС и физфактора; 2) выявить действие ХС,…

Блок 7. классификация ХС по цито- и гистологичности Функциональное назначение Определение зависимости эффект—концентрация—время (концен-трационно-временных пределов) для ЛД50 на культивируемых клеточных объектах и аналогичных минимальных пределов, при которых можно зафиксировать повреждение на переживающих тканях Особенности методов Данный блок не имеет своей экспериментально-технологической базы и оперирует с данными, полученными во всех предыдущих блоках подсистемы, где проводятся параллельно…

Блок 4. Классификация ХС по повреждающему действию на половые клетки Функциональное назначение Оценка на сперматозоидах (иглокожих, рыб, быка, человека) и яйцеклетках (иглокожих, рыб) повреждающего действия ХС; оценка способности гамет иглокожих и рыб к оплодотворению и последующему начальному дроблению яйцеклеток при воздействии ХС Особенности методики Сперматозоиды — подвижные объекты, обладающие к тому же способностью к хемотаксису….

Блок 5. Классификация ХС по повреждающему действию на клетки крови и элементы иммунной системы Функциональное назначение Определение концентрационно-временных эффектов повреждающего действия ХС на эритроциты, лимфоциты, глобулины, реакцию антигенантитело и бласттрансформацию лимфоцитов Методы и их технологические особенности В этом блоке оценки повреждений в элементах иммунной системы используют три группы методов: 1) биофизические методы, позволяющие определять проницаемость…

Блок 2. Классификация ХС по тканевой проницаемости Функциональное назначение Определение способности испытуемых веществ проникать через тканевые барьеры. (Степень токсичности вещества, обладающего потенциальным повреждающим действием и легко проникающего через тканевые барьеры, существенно возрастает.) Методы и их технологические особенности Используется модуль для определения проницаемости испытуемых веществ для кожи и стенки кишечника. Операционный блок такого модуля представляет собой…

Формирование определенной конфигурации системы начинается с определения цели и конкретных задач (подцелей) ее функционирования. Применительно к задачам определяются тест-объекты, методы, приборы, технология. Поскольку общей целью всей системы является получение информации о ХС путем определенных операций с биологическими объектами, можно говорить об информационной биотехнологии, которая определяется применительно к конкретным задачам классификации. Документ, описывающий такую конкретную технологию…

Сами испытательные операции, учитывающие лабильность связей между их элементами, ведут к необходимости широко использовать для выполнения операций роботов, способных к вариации операций на основании выработки оптимальных решений в ходе работы, к смене своей деятельности при модификации операций, к взаимодействию с искусственным интеллектом всей системы. Идея роботизации системы — не фантазия, роботы широко вошли не только…

Как уже многократно отмечалось в книге, большинство испытаний ХС являются многопараметрическими, а результаты их обрабатываются с применением теории распознавания образов (см., например, по теории: Вапник, Червоненкис, 1974; Василенко, 1977; Джуре, Айзенауэр, 1977; о применении при скрининге ХС: Дмитриева и др., 1980). Если представить себе образ действия ХС в виде определенного объема в n-мерном пространстве (где…