开展计算机辅助药物设计教学的思考

发布时间：2022-12-05

　　摘要计算机辅助药物设计已经成为药物设计中的常规方法之一，广泛应用于创新药物先导结构的发现和优化，并取得突破性进展。开展计算机辅助药物设计教学，对于我校培养专业人才、提高科研水平具有一定的意义。

　　关键词计算机辅助药物设计;教学;人才培养

　　计算机辅助药物设计是20世纪8O年代以来得到迅速发展的一个新兴的、前沿的、综合的研究领域，被认为是近年来改变传统药物研发方式的主要技术进步之一，在新药的研发过程中发挥了越来越重要的作用，已在一些药物的研究中取得成功，如HIV蛋白酶抑制剂的设计和唾液酸酶抑制剂的设计J。国际上有一批著名科学家领导的研究组从事这方面的理论和应用研究。我国科学家在分子对接、全新药物设计、分子动力学计算等方面也开展了大量的工作，取得了可喜的成绩。我院于2011年初建立了药物设计实验平台，为促进本校的教学及科研水平创造了条件，也为我区教育、科技和经济的发展做出了应有的贡献。

　　1计算机辅助药物设计教学的内容

　　计算机辅助药物设计是应用量子力学、分子动力学、构效关系等基础理论数据研究药物对靶标作用的药效模型，从而达到药物设计的目的。计算机辅助药物设计方法大体可以分为两类，即基于配体的药物设计方法和基于靶点的药物设计方法。基于配体的药物设计方法主要是针对未知受体结构的药物分子，包括定量构效关系方法和药效团模型方法。定量构效关系(QSAR)方法是将化合物的结构信息、理化参数与生物活性进行分析计算，建立合理的数学模型，研究结构和活性之间的量变规律，为药物设计、先导化合物结构改造提供理论依据;药效团模型方法是以小分子的结构和活性为起点，找到化合物共同的药效作用模式。基于靶点的药物设计方法的思路是通过研究受体结构的特征以及受体和药物分子之间的相互作用方式来进行的药物设计，主要包括分子对接和从头设计方法。分子对接就是受体和药物分子之间通过几何匹配和能量匹配而相互识别的过程;从头设计方法是根据受体的三维结构产生新的先导化合物，设计过程中完全没有化合物种类和结果的预先限制，因此属于真正意义上的全新药物设计方法。另外，该课程的教学内容还包括分子力学理论、分子动力学理论、大分子结构预测、分子三维结构数据库和虚拟组合化学、药代动力学特征和毒性的预测等，涵盖了从基因、蛋白一直到先导化合物的整个药物研发过程。

　　2开展计算机辅助药物设计教学的必要性

　　新药的研究与开发是一个长周期、高投入的系统工程。从2O世纪60年代构效关系方法提出以后，经过5O多年的努力和探索，尤其是20世纪90年代以后，出现了多种新的方法。计算机辅助药物设计方法的出现和完善，大大提高了药物开发的效率，也为人们攻克一些顽症提供了崭新的思路和成功的希望。随着人类基因组计划的完成和相关研究的深人，大量与疾病相关的基因被发现，使得药物作用靶点不断被阐明，会逐步提高药物研究的命中率，且随着计算机技术的日新月异，这将大大加速药物设计的速度。因此，从专业发展的角度而言，计算机辅助药物设计具有非常广阔的发展空间。目前，药物分子设计开始向实用化方向迈进，成为近年来真正推动创新药物研究的核心技术之一-4J。国内已经有多个高校将计算机辅助药物设计课程列入了本科生和研究生培养计划，而我校还是空白。我校的人才培养应紧跟国际和国内学科发展的步伐，力争培养出能够满足大中医药生产企业、医院及科研单位等用人单位需求的专业人才和创新型人才，为内蒙古自治区乃至国家的经济做贡献。同时，建立起门类齐全、布局合理的学科和专业体系，也是我校自身发展的需要。

　　3开展计算机辅助药物设计教学的方法

　　从学科角度来看，计算机辅助药物设计涵盖面非常广，与药物化学、计算机科学、物理学、数学、生物学等课程有一些交叉，因此，学生需要掌握了相关学科的背景知识之后，才能很好地吸收计算机辅助药物设计课程的内容，这就要求我们在教学中应不断探索现代教育技术，以激发学生的兴趣和提高教学效果，使学生全面掌握药物设计这一研究领域。而且计算机辅助药物设计学科发展迅速，内容和软件更新快，这使得课程有一个突出的问题，即教材的更新往往不能满足学科发展的速度。因此，我们在教学过程中，应结合不同年级的学生来调整教学内容，尽可能地将学科的最新进展融人到教学内容中，以确保学生获取最新的知识。同时，计算机辅助药物设计是~l'-J综合性应用技术科学，实验是该课程的重要组成部分。我们应为学生开设相应的实验，通过实验教学的三个层次(基础教学实验、综合设计实验、系统性实验)，使学生加深理解和巩固在课堂中所学的理论知识，并掌握计算机辅助药物设计实验的基本技能。在实验教学中，通过开放实验室、开放实验项目、开放实验内容、开放实验仪器等措施将学生推上主体位置，让学生进行创新性实验设计和实施，全面提高学生的动手能力，培养学生的创新意识和创新能力。

　　总之，计算机辅助药物设计是一门近年来发展迅速并且在生命科学领域应用越来越广泛、影响越来越深远的一个学科。计算机辅助药物设计课程的开展，有助于培养复合型学科交叉人才。

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