Система классификации химических соединений по видам биологической активности (общие принципы)

Массив химических соединений и цели определения биологической активности

Мы используем определения Л. Полинга и П. Полинга (1978), согласно которым вещество — гомогенный материал, имеющий определенный химический состав. При этом, если вещество можно разложить на два или несколько других веществ, его называют соединением; неразложимые вещества называют элементарными или элементами.

Величина массива химических соединений, его рост

Системный анализ проблемы испытаний химических соединений (ХС) на биологическую активность мы начнем с обзора общих свойств объектов: массива ХС и множества видов биологической активности. Требуется представить себе в целом величину массива ХС и скорость ее изменения, разнообразие видов биологической активности, степень изученности массива ХС на биологическую активность, частотные характеристики встречаемости веществ с данным видом биологической активности и т. д., рассмотреть цели, ради которых определяют биологическую активность ХС.

Точно величина массива ХС не известна. Приблизительная его оценка составляет 6 млн. соединений. Очень существенно, что скорость возрастания массива сравнительно велика — порядка сотен тысяч ХС в год (так, например, только в США ежегодно синтезируется около 120 тыс. новых соединений, в СССР — не менее 40 тыс. и т. д.).

Таким образом, массив возрастает в год примерно на 5% (Пирузян и др., 1976, 1977). Имеются данные, что, например, в 1977 г. насчитывалось более 4 млн. различных ХС, синтезированных человеком или выделенных из природных источников, причем число их возрастает со скоростью около 6000 соединений в неделю.

В этом списке 120 000 полимеров и 258 000 комплексных соединений; структуры примерно 3,4 млн соединений полностью определены. На практике используется сравнительно ограниченная часть соединений: в США, например, около 63 тыс. (Science, 1978).

Большая часть всего массива индивидуальных ХС создана в несколько последних десятилетий, соединения, известные уже сотни лет, составляют лишь незначительную часть.

По уровню наших знаний о химической структуре соединений весь массив целесообразно разделить на несколько классов:

Класс А: индивидуальные ХС с установленной структурой (например, неорганические соли, большинство красителей, многие лекарства и т. д.);

Класс В: индивидуальные ХС с частично установленной структурой (например, некоторые антибиотики, полипептидные гормоны, некоторые ферменты и т. д.);

Класс С: индивидуальные ХС с неустановленной структурой (например, некоторые белки);

Класс D: смеси ХС с установленной структурой, применяемые на практике только как смеси (например, экстракты из лекарственных растений с известным активным началом).

Следовало бы также указать на еще один класс ХС, не входящий по определению, в общий массив ХС, но тем не менее представляющий практический интерес: это смесь ХС с неустановленной структурой, применяемая на практике и получаемая непосредственно из природного источника или в результате некоторых технологических операций (например, экстракты из лекарственных растений с неизвестным активным началом).

Исходя из приведенных выше данных об общем числе ХС и числе ХС с известной структурой (Science, 1978) класс А составляет 85% всего массива.


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

Эвристический анализ является мощным способом разработки алгоритма и в отношении «старых» видов биологической активности, и в отношении новых, для которых еще не найдены хорошие вещества, но особенно он ценен, конечно, в отношении именно новых видов активности. Пока нет, например, веществ, обладающих хорошей противовирусной активностью. Можно ожидать ее от веществ, обладающих выраженной тропностью к двухтяжевым РНК,…

Очевидно, что исходная совокупность свойств, которые должны эпиморфно проектироваться среди все усложняющихся объектов, определяется заранее экспериментатором в зависимости от поставленной задачи. По этой совокупности далее и формируются графы моделей. По принципу отбора этих свойств формируемые графы могут быть разделены на три группы. Первая группа основана на эпиморфной проекции общебиологических свойств (рост, деление, дыхание, движение и…

Принцип эпиморфизма определяет выбор многих тест-объектов и их характеристик. Этот принцип позволяет во многих случаях прямо найти переводы с языка ОВБА на языки интегральных видов активности. Однако нахождение эпиморфных моделей организма ограничено часто нашими знаниями. Для большинства патологий клеточно-тканевые (да часто и вообще любые) модели пока неизвестны. Кроме того, очевидно, что иметь эпиморфные модели для…

Общие соображения Основным языком всей системы является язык ОВБА. Это язык представительных наборов моделей клетки, организма человека и биосферы. При построении модели человека использовано гистогенетическое его представление. В надстройку системы классификации введены дополнительные тест-объекты, более детально представляющие разновидности ткани организма. Эти тест-объекты являются элементами представительной модели организма, поэтому ответы, которые они дают, непременно выражаются на…

Несмотря на общность клеточного строения и основных биохимических процессов в мире живого, реальные цитологические, биохимические и молекулярные развития между представителями различных типов, классов, отрядов, семейств, родов и видов столь значительны, что избирательность действия химических соединений, как правило, очень велика. Существует множество примеров такого избирательного действия: так, молекулы фосфорорганических инсектицидов в организме насекомого превращаются в другое,…

Каковы же принципы создания и совершенствования переводов с языка ОВБА на названные языки? Напомним, что при выборе системы тест-объектов, характеристик и дополнительных методов предсказания биологической активности были использованы принцип представительности набора тест-объектов и характеристик и принцип эпиморфизма. Первый из этих принципов является общеметодологическим и не дает непосредственных возможностей создать тот или иной алгоритм перевода. Он…

Биологический эпиморфизм — один из важных естественнонаучных принципов. Как было отмечено одним из классиков современной биологии — А. Сент-Дьерди (1960), жизнь, несмотря на большое разнообразие ее проявлений, построена на одном и том же ограниченном числе основных принципов, где и в каком бы виде мы ее ни встретили: между «королями» и «капустой» не существует реального различия….

Как уже было отмечено выше, для того чтобы система была ориентирована на все названные цели по базе и на первую и вторую по надстройке, она должна содержать в себе модели клетки и биосферы в базе, модели клетки и организма человека в надстройке. Эти реальные объекты могут быть представлены в системе только небольшой выборкой естественного многообразия….

Представительные наборы могут быть дополнены рядом тест-объектов. Эти добавления можно проводить, исходя из двух следующих соображений: добавляются объекты, которые в силу своего положения в той или иной системе (такой системой может быть макроорганизм в статике или развитии, эволюционный таксон) являются наименее специализированными, несут в себе в зачаточном виде все свойства, присущие любому из элементов биологической…

Принцип представительности базы и надстройки Основные свойства пространства БАХС, цели, ради которых следует изучать это пространство, принципы классификации видов и, наконец, общие черты структуры системы классификации позволяют сформулировать правила выбора тест-объектов и их характеристик. Рассмотрим этот вопрос подробнее для базы, надстройки, механизменных моделей и расчетных методов. Вначале мы проанализируем идеальный вариант, отвлекаясь от технических аспектов….

Выбрав по критериям научной информативности и технологичности определенное число таксономических типов среди представителей царств растений и животных, мы получим определенный набор φni (С, t) функций. Например, для пяти типов (бактерии, простейшие, грибы, сосудистые растения, хордовые) мы получим (для 27 характеристик) 135 функций. Составленная таким образом матрица φni (С, t) функций нуждается в дальнейшем в уточнениях,…

Однако классификация видов элементарной биологической активности, опирающаяся на «доклеточные» уровни организации живого, не описывается в единых терминах с классификацией, основанной на ОВБА. Такая классификация является дополнительной, не образующей единого дерева с системой ОВБА. Это обстоятельство должно найти адекватное отражение в структуре системы классификации: методы, дающие информацию о таких видах, являются дополнительными по отношению к основной…