Біотехнологічний алгоритм скринінгу речовин з активністю проти коронавірусів
Вантажиться...
Дата
2026
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Сметюх М.П. Біотехнологічний алгоритм скринінгу речовин з активністю проти коронавірусів. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 16 Хімічна та біоінженерія за спеціальністю 162 Біотехнології та біоінженерія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Робота присвячена розробці біотехнологічного алгоритму до швидкого виявлення та обґрунтованого відбору перспективних протикоронавірусних сполук в умовах постійної еволюції SARS-CoV-2. Актуальність дослідження зумовлена появою нових варіантів вірусу з підвищеною трансмісивністю та здатністю частково уникати імунної відповіді, а також ризиком розвитку резистентності до наявних препаратів. Крім того, перевірка великої кількості кандидатів на доклінічному етапі потребує значних ресурсів і часу. У зв’язку з цим у роботі запропоновано інтегрований алгоритм скринінгу, який поєднує in silico-аналіз, оцінку ADME-показників, експериментальні in vitro дослідження цитотоксичності й противірусної активності з використанням клітинних технологій. Такий підхід дозволяє системно відбирати найбільш перспективні сполуки та раціонально спрямовувати ресурси на їх подальшу доклінічну розробку. Запропонований алгоритм передбачає поетапну інтеграцію результатів комп’ютерного моделювання, фармакокінетичного прогнозування та експериментальних біологічних досліджень, що забезпечує підвищення обґрунтованості відбору кандидатних молекул. Реалізація такого підходу дозволяє зменшити кількість сполук, що потребують подальшого експериментального тестування, та оптимізувати процес пошуку нових противірусних агентів. Отримані результати формують методичну основу для більш ефективного проведення доклінічних досліджень та переходу до клінічних досліджень потенційних протикоронавірусних препаратів. Метою роботи є розробка біотехнологічного алгоритму скринінгу речовин з активністю проти коронавірусів. Результатом роботи є розроблений, теоретично обґрунтований та експериментально апробований біотехнологічний алгоритм скринінгу сполук із потенційною активністю проти коронавірусів. Створено та апробовано безпечну біотехнологічну систему для оцінки противірусної дії, проведено молекулярне моделювання кандидатів із визначенням їх афінності до ключових вірусних мішеней і прогнозуванням ADME-профілю, виконано in vitro дослідження цитотоксичності та противірусної активності, а також визначено індекси селективності досліджуваних речовин. На основі отриманих даних сформовано підхід до пріоритизації кандидатів і розроблено біотехнологічний алгоритм скринінгу потенційних протикорона вірусних засобів. Вперше розроблено та науково обґрунтовано інтегрований поетапний біотехнологічний алгоритм відбору сполук з потенційною активністю проти коронавірусів, який поєднує результати молекулярного докінгу, оцінку ADMEпоказників, експериментальні дослідження цитотоксичності та противірусної активності in vitro, а також елементи математичного моделювання клінічної ефективності в єдину систему прийняття рішень. Запропонований алгоритм забезпечує раннє відсіювання малоперспективних кандидатів та оптимізацію переходу до наступних етапів доклінічної розробки. Удосконалено підхід до пріоритизації досліджуваних сполук шляхом впровадження комплексної критерійної оцінки, що інтегрує показники афінності зв’язування з вірусними мішенями, цитотоксичності, противірусної активності. Такий підхід підвищує обґрунтованість відбору порівняно з аналізом окремих параметрів і зменшує ймовірність помилкової інтерпретації результатів. Отримано експериментальне підтвердження узгодженості між результатами моделювання in silico та показниками противірусної активності in vitro, що свідчить про практичну придатність запропонованої стратегії для прискореного скринінгу сполук і можливість її адаптації до нових варіантів коронавірусів та змін молекулярних мішеней. Практичне значення роботи полягає у розробці та впровадженні біотехнологічного алгоритму скринінгу й обґрунтованої пріоритизації потенційних противірусних сполук на доклінічному етапі досліджень. Запропонований підхід поєднує in silico аналіз, визначення цитотоксичності та противірусної активності, а також систему прийняття рішень щодо доцільності їх подальшої доклінічної розробки. Його застосування дозволяє зменшити кількість додаткових експериментів, підвищити селективність відбору сполук, оптимізувати використання лабораторних і фінансових ресурсів та адаптувати процедуру скринінгу до нових вірусних варіантів і молекулярних мішеней. Результати роботи впроваджено (додаток 1): 1. У медичну практику впроваджено підходи до математичного моделювання зниження інфекційного титру вірусу, прогнозування змін якості життя пацієнтів та моделювання динаміки зникнення клінічних симптомів — у Державній установі «Національний науковий центр фтизіатрії, пульмонології та алергології імені Ф. Г. Яновського НАМН України». 2. У лабораторну практику впроваджено створену біотехнологічну систему «клітина–вірус–сполука» та підходи до адаптації вірусу до умов культивування — у ДУ «Київський обласний центр контролю та профілактики хвороб МОЗ України». 3. У навчальний процес впроваджено матеріали та методичні підходи, розроблені в межах дисертаційного дослідження, — у Національному університеті охорони здоров’я України імені П. Л. Шупика МОЗ України. 4. У науково діяльність впроваджено біотехнологічний алгоритм скринінгу потенційних противірусних засобів — у ТОВ «БІОПРО СТЕМ ТЕХНОЛОДЖІ». У першому розділі розглянуто біологічні особливості коронавірусів, їх еволюцію та роль у виникненні епідемічних і пандемічних спалахів. Проаналізовано молекулярні механізми реплікації вірусу та визначено ключові вірусні мішені, що можуть використовуватися для розробки противірусних препаратів, зокрема головну протеазу. Також узагальнено сучасні підходи до пошуку та скринінгу сполук із противірусною активністю. У другому розділі наведено характеристику матеріалів та методів, використаних у дослідженні. Описано підходи до проведення in silico-аналізу, експериментальних досліджень у клітинних культурах, а також методи визначення цитотоксичності та противірусної активності досліджуваних сполук. Третій розділ присвячено створенню безпечної біотехнологічної системи для дослідження потенційних протикоронавірусних сполук. Проведено біоінформаційне обґрунтування вибору модельного коронавірусу та доведено структурну подібність його основної протеази до ферментів патогенних коронавірусів людини. Описано процес адаптації вірусу до стабільного культивування у клітинних системах. У четвертому розділі наведено результати експериментального дослідження амінокарбонових сполук. Проведено оцінку їх цитотоксичності та противірусної активності у клітинних системах, а також досліджено взаємодію сполук із вірусними білковими мішенями методами молекулярного докінгу. За сукупністю отриманих показників визначено найбільш перспективні кандидати для подальшого вивчення. У п’ятому розділі експериментальні результати інтегровано в модель клінічної ефективності із застосуванням математичного моделювання. На основі отриманих даних оцінено можливий вплив досліджуваних сполук на динаміку вірусного навантаження та швидкість елімінації вірусу з організму людини. Також змодельовано потенційні зміни клінічного перебігу інфекції та якості життя пацієнтів. У шостому розділі розроблено алгоритм прийняття рішень для відбору перспективних кандидатів на подальші доклінічні дослідження. Алгоритм поєднує результати експериментальних досліджень, експертні оцінки та методи машинного навчання для об’єктивного зіставлення переваг і ризиків досліджуваних сполук. Запропонований підхід дозволяє системно визначати найбільш перспективні сполуки для подальшої розробки противірусних препаратів. Усі основні результати, представлені в дисертаційній роботі, отримані здобувачем особисто. Автором самостійно проведено аналіз наукових джерел, сформульовано мету та завдання дослідження, сплановано експериментальну частину роботи та розроблено алгоритм скринінгу. Здобувачем виконано in silico аналіз, організовано та проведено експериментальні дослідження, здійснено обробку, інтерпретацію й узагальнення отриманих результатів.
Опис
Ключові слова
вірусна інфекція, патогени, SARS-CoV-2, COVID-19, антивірусна дія, біологічно активні сполуки, in silico, молекулярний докінг, цитотоксичність, біологічна активність, доклінічні дослідження, клінічна оцінка, ефективність, viral infection, pathogens, antiviral activity, biologically active compounds, molecular docking, in vitro, cytotoxicity, biological activity, preclinical studies, clinical evaluation, efficacy
Бібліографічний опис
Сметюх, М. П. Біотехнологічний алгоритм скринінгу речовин з активністю проти коронавірусів : дис. ... д-ра філософії / Сметюх, Михайло Петрович. - Київ, 2026. - 214 с.