26 сентября 2012

Статистическая характеристика знаний о биологической активности массива химических соединений

Введем понятие пространства видов биологической активности химических соединений, сокращенно — пространство БАХС. Осями его являются — ось видов биологической активности (БА) и ось множества ХС. Пространство дискретно. Каждому-значению «оси ХС» может соответствовать несколько значений оси «виды биологической активности». Очевидно, число элементов пространства БАХС зависит от величины множества ХС и детализации знания вида активности. Очевидно также, что в зависимости от цели можно строить различные варианты пространства биологической активности ХС.

Дадим нижнюю оценку числа элементов этого пространства, используя приведенные выше цифры о числе известных болезней человека: 104 — 105 — число видов активности, связанных с воздействием ХС на патологические процессы в организме человека, тогда общее число элементов пространства биологической активности ХС составит величину, равную 104-5*6*106=6*1010-11. С учетом разных организмов число элементов пространства БАХС много больше.

Определенные сведения о каком-либо виде биологической активности имеются лишь для небольшой доли ХС, входящих в массив. Что касается большей части ХС, мы практически не имеем данных относительно их биологической активности. По отношению к разным видам биологической активности степень изученности массива ХС очень различна.

Так, например, ростотормозящая способность ХС в отношении трансплантируемых опухолей мышей и крыс изучена для нескольких сотен тысяч веществ. С другой стороны, адаптогенная активность веществ изучена у немногих сотен веществ.

Антибиотическая активность по отношению к некоторым штаммам патогенных микробов исследована у десятков тысяч веществ. Ростостимулирующая и наркотическая активности изучены у многих тысяч веществ, тогда как тератогенная и морфогенетическая — у очень немногих.

В настоящее время, как уже отмечалось ранее, известно около 10 000 оригинальных субстанций лекарств, что представляет малую толику всего массива ХС. Очевидно, что скорость пополнения знаний о пространстве БАХС полностью зависит от производительности методов определения биологической активности и вложенных в эту область средств. Известно несколько программ массовых испытаний ХС.

Так, при поиске противоопухолевых веществ в США было испытано около 100 тыс. ХС, кортизоноподобных — около 15 тыс., в Индии на 10 видов активностей испытывались экстракты из 800 растений (Брехман, Добряков, 1971). Эти три программы заполнили пространство биологической активности ХС «островком» из 1* 100*103 + 1*15*103 + 10*0,8*103=1,23*105 элементов.

Таким образом, наши знания в области действия ХС на патологические процессы в организме человека занимают лишь малую часть пространства биологической активности ХС. Еще меньшую часть этого пространства занимают наши знания в области биологической активности ХС на тканевом, клеточном, биохимическом и молекулярном уровнях.

В целом наши области знания в пространстве «виды биологической активности — массив ХС» образуют небольшие островки, редко полоски, случайно расположенные друг относительно друга. Такова общая картина экспериментальных знаний о биологической активности массива ХС. К этому следует добавить, что, как отмечалось выше, это пространство расширяется как за счет роста массива ХС, так и множества видов активности.

Так возникает парадоксальная ситуация: если экспериментальное изучение БАХС не будет интенсифицировано в десятки и сотни раз, то успехи химии, биологии и других наук неизбежно приведут к понижению доли достоверного знания в пространстве БАХС. Массированное экспериментальное изучение пространства БАХС, несомненно, возможно только на основе новой технологии, позволяющей качественно увеличить производительность труда в этой области науки.

Можно поставить вопрос о знании биологической активности массива ХС в более мягкой, вероятностной форме: пусть большая часть точек и областей этого пространства экспериментально не определена, однако эти знания могут позволить давать вероятностную оценку в отношении неисследованных областей пространства. Каковы же области такого «вероятностного» знания в смысле размера областей и уровня достоверности?

К сожалению, в настоящее время привлечение различных методов предсказания активности неисследованной части ХС на основании уже полученной не позволяет качественно изменить соотношение областей знания и незнания в пространстве БАХС. Конечно, для некоторых видов активности и для некоторых классов ХС уже сейчас существуют достаточно эффективные методы такой оценки, однако возможности их явно недостаточны. В обозримом будущем, когда на базе существенного (но далеко не полного) расширения суммы экспериментальных знаний станет возможным прогноз в большей части пространства БАХС с разумными достоверностями, следует ожидать качественного скачка в этой области.


«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,…