药物发现是个多学科综合性研究领域,离不开各种计算机软件的支持。此领域常见的软件有SYBYL、CATALYST、CERIUS 2等,而Chemical Computing Group 公司推出的Molecular Operating Environment(MOE)则是一款全新设计、极具竞争性的软件。MOE可应用于许多领域,如生物信息学中的同源序列标志、对比;化学信息学中的药效团定位、三位结构查询、构象数据库、结构相似性与差异性表征;高通量研究中的高通量筛选分析、二叉树构效关系研究、组合化学分子库合成;分子设计中的分子对接、碎片分析、活性位点探测;蛋白质模拟中的同源模建、力学分析、突变进化;分子模拟中的动力学研究、分子表面研究、力场和静电势分析。
MOE是基于开放性原则设计的,用户可以通过SVL脚本编程来定制化MOE的功能。SVL,即科学矢量语言,不同于其它语言SVL是针对矢量计算进行设计的,而由于科学计算中常用到矢量计算,所以,其非常适合于大量复杂结构数据的运算。除此之外,MOE还有针对C语言的接口函数,可用C语言对SVL进行封装以提高算法的效率和稳定性。
分子对接是药物研究中的关键性步骤,我们以HIV-1逆转录酶(HIV-RT)与TIBO-R86183配体的对接为例,简要介绍下MOE在此方面的应用。首先,选择适当的分子力场(如MMFF94,附加溶剂化效应),对裁入MOE的HIV-RT和TIBO-R86183晶体结构执行能量最小化计算,得到相应的结构优化。接着,在配体蛋白上选取适当的对接区域进行对接计算,得到不同构象下的对接能量(考虑静电势能、范德华能、配体与溶剂的能量等)。最后,通过比较所得数据得出对接方式的优劣。
构效关系可以预测药物分子活性与其化学结构间的关系,是药物发现研究中的重要手段。MOE提供了与许多此相关的功能如,回归分析、主成分分析、交叉验证、模型构造、模型预测及图形分析等。MOE提供的功能就不一一介绍了。总之,MOE是一款功能齐全的综合性分子模拟软件,可作为药物发现研究的有力工具。