Принципы создания автоматизированной системы скрининга ксенобиотиков

С целью индустриализации процесса тестирования биоло­гической активности ксенобиотиков необходимо иметь автома­тизированную систему испытаний. Схема испытаний общего потока соединений на любые виды биологической активности должна включать и систему их предварительной фильтрации. Какие подходы могут быть положены в систему предваритель­ной фильтрации общего потока ксенобиотиков?

Попадая в организм, хи­мическое вещество проникает в определенные ткани; в тканях оно взаимодействует с определенными клетками; в клетках — с определенными субклеточными структурами, а в пределах этих структур — с биополимерами или низкомолекулярными соединениями клетки. В обратном порядке развивается реакция целостного организма — от молекулы-мишени до организма.

Как уже упоминалось, результаты воздействия ксенобио­тиков зависят в.первую очередь от химической структуры са­мого вещества, его физико-химических свойств, которые опре­деляют тропность вещества к определенным тканям, клеткам и характер взаимодействия с молекулярными мишенями, а также зависят от структуры мишени и его функциональной роли.

Всю совокупность операций по классификации ксенобио­тиков можно представить следующим образом:

• классификация по видам биологической активности на основании химических, физических и физико-химических свойств при отсутствии биологического тест-объекта путем расчета структуры соединений и экспериментального определения их физико-химических свойств;

классификация по результатам взаимодействия соединений с моделями клетки, организма, биосферы, включающая последовательные иерархические уровни организации биологической материи:

Моделируемые объекты (клетки, организм, биосфера) предста­ют в системе в виде представительных наборов тест-объектов, обладающих основными элементарными функциями, присущи­ми целевым объектам.

В принципе, модели клетки и организма могут быть нор­мальными и патологическими.

Выборки тест-объектов и их расположение в системе дол­жны отражать реальную иерархию элементов природного объ­екта, иерархию, обусловленную его развитием. Поэтому для организма детализацию видов биологической активности следу­ет строить по тканевой тропности действия, опираясь на чисто генетическую классификацию типов тканей, отражающую ход онтогенеза. Представление биосферы в системе классификации должно основываться на таксономической классификации орга­низмов, отражающей процесс эволюции.

Общий принцип организации биологических испытаний чужеродных соединений— это многоуровневый набор тестов с повышающейся на каждом уровне сложностью биологическо­го тест-объекта (модели) и соответственно растущей детализа­цией и надежностью прогноза вида биологической активности.

Первый уровень — базовый, через него проходят все сое­динения, которые в соответствии с результатами направляют­ся затем к специализированным тестам.

Базовый уровень состоит из трех подуровней. Биологичес­кая активность ксенобиотика уже включена в его химическую структуру. Поэтому на первом подуровне сведения о структу­ре и некоторых свойствах соединений вводятся в компьютер, который производит первичный анализ принадлежности сое­динения данной структуры к определенным уже известным классам биологической активности.

На втором подуровне эта классификация производится на основании экспериментального определения дополнительных физико-химических характеристик веществ.

На третьем подуровне в систему вводятся тест-объекты. Ос­новным тест-объектом этого подуровня является изолированная клетка. Набор клеток (бактерии, простейшие, клетки растений, клетки высших животных) представляет собой огрубленную модель биосферы. На этом подуровне регистрируется способ­ность чужеродных химический Соединений влиять на основ- ные свойства живой клетки, такие как рост, дыхание, энерге­тика, биосинтез, способность к генетическим изменениям и т.д. База пропускает весь массив испытуемых ксенобиотиков, выдавая для каждого из них единообразный набор характерис­тик — основной биологический «паспорт».

Биологический «паспорт» ксенобиотика — документ, кото­рым должно снабжаться каждое соединение, поступившее из испытания. «Паспорт» должен содержать сведения о структуре вещества, источнике его происхождения, результаты его теоре­тического и экспериментального изучения, включая первич­ную оценку безопасности. Биологический «паспорт» ксеноби­отика — это итоговый документ.

Второй уровень, меньший по пропускной способности, — надстройка. Надстройка преимущественно ориентирована на первые две цели: нахождение чужеродного соединения, обла­дающего полезными для человеческого организма свойствами, и обнаружение вредных для человеческого организма биоло­гических активностей испытуемых ксенобиотиков.

При наличии технологических возможностей и в слу­чае экономической целесообразности можно доводить произво­дительность отдельных узлов надстройки до производительнос­ти базы и пропускать через эти узлы, весь поток веществ.

Надстройка прежде всего служит целям, связанным с орга­низмом человека. Поэтому клетки и организм человека в целом берутся за основу при проектировании надстройки. Надстройка имеет дело с расчлененным потоком веществ, т.е. на отдельные испытательные блоки приходятся лишь некоторые подмножес­тва на основе данных, получаемых в базе.

Испытанию ксенобиотиков на наличие различных видов биологической активности должна предшествовать операция предварительной их сортировки на моделях, допускающих создание испытательных систем высокой производительности. На предварительном этапе на упрощенных (модельных) систе­мах необходимо предсказать вид биологической активности и определить ксенобиотики, которые, по вероятным оценкам, не обладают определенными видами активности (резус) или являются токсичными (исключаются из системы испытаний). Основная идея предыспытания состоит в реализации сле­дующего методологического подхода: замене модели организ- менного уровня некоторой совокупностью моделей доорганизмен-ного уровня. Таким образом, достигается цель более экономного расходования химического соединения на единичное испыта­ние и становится более реальной автоматизация испытаний с технологической стороны. В этом случае при определении на­иболее важных видов биологической активности и перенесении закономерностей ее проявления на целостный организм подби­рается совокупность адекватных моделей на основе принципа биологического эпиморфизма.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: