Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Слайд 1 Здравствуйте. Я Антон Карпенко, учащийся гимназии №38 и я хочу вам представить свою исследовательскую работу, тема которой Анализ спектра биологической активности некоторых танинов в программном пакете PASS online 2.0
Слайд 2 Актуальность
Инструментальными методами решения задач, поставляемых в приведенных областях, являются методы биоинформатики – комплексной научной дисциплины на стыке биологии, информатики и математики. Множество программных продуктов в рамках биоинформатики позволяет быстро находить ответы на многие вопросы. Биоинформационные программы в свою очередь подразделяются на некоторые другие виды программ, которые показывают взаимную помощь друг другу, как например Биологические базы данных способствуют корректной и точной работе программ молекулярного докинга.
Слайд 3 Актуальность
Мощным комплексом методов компьютерного моделирования биологической активности химических соединений являются методы на основе Байесовской вероятности.
Программным продуктом, способным сегодня прогнозировать целый спектр биологических активностей уже известных химических соединений, является пакет PASS, доступный как в online режиме в свободном доступе (анализ 4000 видов биологической активности для данного соединения), так и в виде постоянно обновляемой лицензионной версии, для которой доступен анализ более 65 000 видов биологической активности.
Подход, используемый в PASS для прогнозирования биологической активности того или иного химического соединения, основан на предположении, что Активность = Структура
Таким образом, сравнивая структуру нового соединения со структурами известного биологически активного вещества можно оценить, обладает ли новое соединение определенными эффектами. То есть в основу работы PASS положены те же принципы, что и в основу работы химиков-фармацевтов, когда они конструируют новые лекарственные соединения. Сравнение нового (анализируемого) соединения с соединениями с известным спектром биологической активности происходит на основе обучающей выборки – библиотеки химических соединений, включающей более 200 тысяч веществ. При этом PASS online 2.0 способна предсказать более 4 тысяч видов биологической активности. Сравнение нового соединения с соединениями из такой большой библиотекой позволяет программе PASS прогнозировать его биологическую активность с вероятностью не ниже 85%. Необходимо отметить однако, что PASS не предсказывает биологические активности соединения in situ, а лишь указывает на вероятность наличия у соединения определенной биологической активности от 0 (активность отсутствует) до 1 – вероятность наличия активности 100%.
Слайд 4
Наличие активности у анализируемого химического соединения обозначается символом Рa, а отсутствие – символом Pi. Чем выше Рa и ниже Pi для данного типа биологической активности анализируемого соединения, тем более вероятно обнаружить такую активность в эксперименте, например на животных. Спектр биологических активностей для соединения в программе PASS приводится в виде таблицы, построенной в порядке уменьшения Рa и увеличения Pi. То есть чем ниже в таблице располагается данный вид биологической активности для соединения, тем меньше вероятность обнаружить ее экспериментально.
Слайд 5
В программе PASS online 2.0 существует встроенный графический редактор Marvin applet, предназначенный для изображения химической структуры анализируемого соединения с последующим анализом спектра его биологической активности.
Слайд 6
Исходя из вышесказанного, целью исследования являлось Компьютерное прогнозирование спектра биологической активности наиболее широко распространенных танинов с использованием компьютерной программы PASS online 2.0
Почему же выбрали таннины?
Слайд 7
Выбор танинов в качестве объектов анализа обусловлен разнообразием их молекулярных структур (от простых до разветвленных) и известной биологической активностью, которая отличается для различных групп танинов. Наконец, немаловажным фактором в пользу выбора танинов стало их широкое распространение, а часто и значительное содержание в растениях и пищевых продуктах.
Танины (дубильные вещества) – сложные высокомолекулярные природные растительные фенольные соединения, способные осаждать белки и алкалоиды и дубить невыделанную шкуру животных, превращая ее в прочный, неподдающийся гниению продукт – кожу. Термин «танины» происходит от латино-кельтского обозначения дуба – «тан» – и широко распространен в научной литературе.
Классификация танинов основана на их способности гидролизоваться под действием кислот (или ферментов). Исходя из этого танины делятся на гидролизуемые и негидролизуемые.
Слайд 8
Танины широко распространены в растительном мире. Они встречаются в грибах, водорослях, папоротниках, хвощах, мхах, плаунах,
Слайд 9
у высших растений (покрыто и голосеменных). Многие хвойные накапливают достаточно большое количество танинов. Максимальное их накопление обнаружено у отдельных представителей двудольных растений, тогда как у однодольных оно отмечено лишь у некоторых семейств. Низкое содержание танинов у злаков. У двудольных некоторые семейства (например, Розоцветные (Rosáles), Гречишные (Polygonáceae), Бобовые (Fabáceae), Ивовые (Salicaceae), Сумаховые (Anacardiáceae), Буковые (Fagáceae), Вересковые(Ericaceae)) насчитывают многие роды и виды, где содержание танинов доходит до 20–30% и более. Наивысшее содержание танинов выявлено в патологических образованиях – галлах (до 60–80%). Древесные формы богаче танинами, чем травянистые. Танины неравномерно распределены по органам и тканям растений. Они накапливаются главным образом в коре и древесине деревьев и кустарников, а также в подземных частях травянистых многолетников; зеленые части растений значительно беднее танинами.
Слайд 10
Танины и содержащие их лекарственные растения применяют в основном в качестве вяжущих, противовоспалительных и кровоостанавливающих средств. В основном танины обладют следующими вариантами фармацевтической активности: вяжущие средства; кровоостанавливающие средства; противовоспалительные средства; антимикробные средства; антисклеротические средства; антиоксиданты и гипооксанты; противоопухолевые средства; противоядия при отравлении гликозидами, алкалоидами и солями тяжелых металлов
Растворы танинов связываются с белками кожи, образуя непроницаемую для воды пленку. На этом основано их медицинское применение в виде вяжущих средств, так как образующаяся на слизистых оболочках пленка препятствует дальнейшему воспалению, а нанесенные на рану, они свертывают кровь и поэтому действуют как местные кровоостанавливающие средства. Свойство образования пленки на языке обусловливает характерный вяжущий вкус танинов.
Танинсодержащее лекарственные растения используют для получения настоев, настоек, отваров, экстрактов, применяемых наружно и внутрь (читать со слайда 9).!!!!!!!!!
Слайд 11
В свою очередь мы поставили перед собой следующие задачи:
1. Определить и проанализировать разнообразие биологической активности танинов
2. На основе полученных результатов оценить эффективность работы компьютерной программы PASS online 2.0
3. Спрогнозировать новые возможные варианты биологической активности танинов
Слайды 12-13
В процессе мы строили структурной формулы исследуемого танина для его анализа и анализировали спрогнозированный спектр биологической активности.
Спектр биологической активности прогнозировался в PASS online 2.0 с Pa>0,7. Таким образом, в перечень возможных биологических активнотей таннинов попали виды активности, вероятность обнаружения которых в эксперименте расценивается как высокая.
Между 13 и 14 слайдами ВИДЕО!!!!!!
Слайд 14
Танины, спектр биологической активности которых исследовали, в большом количестве содержатся в листьях чая, плодах граната, коре дуба, листьях и коре сумаха.
Слайд 15
Для танинов описано множество видов биологической активности. При этом часть видов биологической активности для этих соединений уже давно и хорошо известна (танины как вяжущие вещества, антиоксиданты, противомикробные средства, средства остановки кровотечений) [1]. Именно в следствие проявления таких эффектов танины и танинсодержащие лекарственные растения используются в медицине, фитотерапии, в качестве биологически активных добавок (БАВ) к пище. Другие типы биологической активности танинов остаются дискуссионными и в настоящее время. Так, не вполне ясна роль танинов при лечении онкологических заболеваний и заболеваний сердечно-сосудистой системы, по прежнему дискуссируются противовоспалительные эффекты этих соединений, не достаточно сведений об антивирусной и фунгицидной эффективности танинов [2].
Для первого из проанализированных танинов – теогалина из листьев чайного куста в спектре возможных биологических активностей характерны такие активности (или ферменты/субстраты-мишени), которые описывают известные эффекты зеленого чая (сильные антиоксидантые свойства, уменьшение риска развития сердечно-сосудистых заболеваний, кариеса зубов, камней в почках, рака, снижение уровня общего холестерина, жира и вес тела ), так и новые типы биологической активности.
Значительное количество типов возможной биологической активности теогалина касается противоопухолевой активности (данные типы активности выделены зеленым цветом). Так же подтверждены положительные эффекты зеленого чая на состояние сердечно-сосудистой системы (противоишемический эффект теогалина, персиковый цвет выделения). Интересно, что в сформированном спектре активностей прогнозируется с высокой вероятностью обнаружения антибактериальная активность (сhorismate mutase inhibitor), а так же типы биологической активности, связанный с регулированием образования мужских и женских половых гормонов (testosterone 17beta-dehydrogenase (NADP+) inhibitor) и антиаллергенным действием (аnaphylatoxin receptor antagonist).
Таким образом, наряду с выявлением уже известных типов биологической активности теогалина (что, кстати, подтверждает надежность работы программы PASS online 2.0), для него выявлено несколько новых вариантов активности, которые нуждаются теперь в экспериментальном подтверждении.
Слайд 16
Еще один гидролизуемый танин – корилагин (рисунок 6) – в большом количестве (до 10% от экстрагируемых веществ) содержится в плодах граната, а точнее – в белой мякоти околоплодника граната.
Для корилагина описываются, прежде всего, противоопухолевые эффекты.
Действительно, результаты прогнозирования спектра биологической активности корилагина (таблица 2) в PASS online 2.0 позволяют предполагать с высокой долей вероятности у него противоопухолевых эффектов, реализуемых через ингибирование протеинкиназы-А – важного фактора активации раковых клеток, антинеопластические эффекты, стимуляцию апоптоза, активацию генов, связанных с контролированием деления клеток (TP53 expression enhancer). Кроме того, для корилагина могут быть свойственны антиоксидантные свойства (выделены лиловым цветом, таблица 2), антиаллергенные, противоишемические и гепатопротекторные эффекты, а так же целый спектр активностей (противовоспалительная, антибактериальная, противоопухолевая), связанных с блокированием функционирования важного внутриклеточного фермента β-глюкоронидазы.
Таким образом, корилагин может рассматриваться, как соединение с более широким спектром биологической активности, чем по существующим в настоящее время представлениям.
Слайд 17
Мы проанализировали так же возможную биологическую активность эллаговой кислоты– одного из самых широко распространенных таннинов многих овощей и фруктов и зарекомендовавшей себя как сильный естественный антиоксидант.
Как видно, эллаговая кислота проявляет антиоксидантную активность через ингибирование многих прооксидантных ферментов: пероксидазы, бензохинон-NADPH редуктазы, NADPH пероксидазы, альдегид оксидазы, NADPH-цитохром с редуктазы. Кроме антиоксидантной, для данного соединения так же вероятна противоопухолевая активность (через ингибирование экспрессии протоонкогенов HIF1A, и JAK2; стимулирование апоптоза, антимутагенные эффекты). Примечательно, что для эллаговой кислоты уже получены экспериментальные подтверждения ее способности тормозить деление клеток и запускать программу их самоубийства (апоптоз).
Кроме того, при помощи PASS online 2.0 нами было продемонстрировано, что эллаговая кислота потенциально способна оказывать противовирусное и противогрибковое действие, участвовать в регуляции биосинтеза половых гормонов и гормонов щитовидной железы, может обладать противовоспалительным действием и, наконец, обладает вяжущим и кровеостанавливающим действием (таблица 3). Все эти эффекты имеют значение для того, чтобы провести последующие скрининговые исследования биологической активности эллаговой кислоты в лабораторных условиях.
Слайд 18
Ранее для грандинина была продемонстрирована противоопухолевая активность в отношении карциномы толстой кишки через подавление фосфорилирования рецептора эпидермального фактора роста. В нашем исследовании показано, что подавление фосфорилирования рецептора может осуществляться путем блокирования работы протеинкиназы А – фермента, в зону ответственности которого входит пришивание остатков фосфорной кислоты (фосфорилирование) к какому-либо белку, что активирует или выключает функцию этого белка. Кроме того, противоопухолевые эффекты грандинина могут быть объяснены и другими его свойствами: прямым цитостатическим действием, активацией и подавлением экспрессии генов ТР53 и HIF1A соответственно, активацией апоптоза.
В то же время, для грандинина в PASS online 2.0 было продемонстрировано возможное наличие гепатопротекторной активности, а так же биологической активности, связанной с ускорением обмена жиров в организме.
Таким образом, результаты, полученные при прогнозировании биологической активности грандинина в PASS online 2.0 позволяют выявить новые биологические системы-мишени приложения действия этого таннина и сформировать представления о новых типах его биологической активности.
Слайд 19
Еще одним гликозилированным эллаготанином является китайский таннин или маллотузиновая кислота (рисунок 9), обнаруженный в листьях и коре деревьев рода Сумах, а так же в плодах черемухи обыкновенной. Этот танин известен и используется довольно давно, но в основном в технических областях деятельности человека – экстракты, обогащенные китайским танином, применялись (а в некоторых странах Азии применяются до сих пор) для дубления кожи, а так же для изготовления черных чернил. Стоит отметить, что нигде ранее не было отмечена биологическая активность маллотузиновой кислоты на организм человека и фактически мы первые, кто проанализировал её на предмет наличия лекарственных свойств.
При помощи PASS online 2.0 для китайского танина был спрогнозирован следующий спектр возможной биологической активности: антиоксидантная активность (Ра=0,988), в том числе связанная со связыванием свободных радикалов (Ра=0,734), противоопухолевая активность, реализуемая через проявление антинеопластических эффектов (Ра=0,957), подавление активности протеинкиназы А (Ра=0,902), стимулирование апоптоза (Ра=0,893). Кроме того, с вероятностью, оцениваемой как Ра=0,724 китайский танин может проявлять противовирусные эффекты (таблица 5).
Слайд 20
Наконец, при помощи программы PASS online 2.0 был спрогнозирован спектр биологической активности для соединения, являющегося структурным элементом практически всех более сложных (конденсированных) танинов – галловой кислоты (рисунок 10). Галловую кислоту применяют в аналитической химии, для синтеза красителей (антрагаллола и др.), в микроскопии, как деполяризатор при использовании методов электрохимического анализа. Известно, что галловая кислота является антиоксидантом. Кроме того, для галловой кислоты и ее производных описаны эффекта изменения превращения (метаболизма) лекарственных препаратов в организме человека.
Как видно из анализа таблицы 6, для галловой кислоты вероятен очень широкий спектр биологической активности с Ра от 0,743 до 0,950. Не вдаваясь в подробное описание всех типов биологической активности соединения, следует заключить, что для галловой кислоты характерен весь набор активностей (противовоспалительная, противоопухолевая, антиоксидантная, противоалергенная, антибактериальная и др.), характерный для более сложно организованных таннинов, в состав молекул которых она входит.
Из этого можно сделать предположение о том, что биологические свойства не только проанализированных нами, но и других танинов зависят от числа, взаимного расположения и доступности отдельных функциональных групп (в частности, гидоксильных (–ОН) и ароматических колец) галловой кислоты в структуре молекулы танинов.
Слайд 21
Выводы
Современные подходы компьютерного анализа биологических систем позволяют быстро и эффективно решать многие задачи теоретического и практического характера. В частности, программный продукт PASS online позволяет прогнозировать спектр биологической активности того или иного химического соединения, тем самым существенно экономя время и финансовые затраты исследователей при поиске новых соединений с заданной биологической активностью или при анализе возможных новых типов активности для уже известных и используемых веществ.
Часть видов биологических активностей гидролизуемых таннинов, спрогнозированных при помощи PASS online, подтверждает уже известные экспериментально обнаруженные свойства этих соединений (антиоксидантную, противоопухолевую, антибактериальную). Для этих типов активности показаны ферменты-мишени и субстраты-мишени. Это позволяет объяснить механизмы действия таннинов в организме.
В PASS online спрогнозированы новые типы биологической активности гидролизуемых таннинов, не описанные ранее (регуляция метаболизма горомнов, жиров и жирных кислот, антиишемические эффекты). Экспериментальное подтверждение этих эффектов может стать обоснованием для использования таннинов и таннинсодержащих пищевых продуктов для профилактики некоторых заболеваний человека.