Új tudományterület keletkezett az elmúlt években a hazai felsőoktatásban, amely a bolognai rendszer bevezetésének viszontagságai közepette is fennmaradt. Ma már a gyógyszerkutatásban és például a DNS-vizsgálatoknál ugyanis elengedhetetlen a kémiai mellett az informatikai tudás.

Ha manapság valaki belenéz egy DNS-kutatásról szóló közleménybe - mondjuk - a Nature tudományos szaklapban, a szerzők listája időnként olyan hosszú, hogy ha nem kisebb betűkkel szednék, akár egy oldalt is megtöltene a felsorolás. Mindez jelzi, hogy a biológia, a kémia és az informatika kutatásában nem egyszerűen „team”-ek, csoportok, hanem egész egyetemi tanszékek, kutatólaboratóriumok vagy időnként kutatóintézeti részlegek is közreműködnek.

A 800 millió dolláros kérdés?

A gyógyszerkutatásban hasonló a helyzet. Egy-egy gyógyszer kifejlesztése akár 800 millió dollár is lehet, egy ilyen projekten természetesen nem egy ember dolgozik. Az információk, a molekulák alakjáról, hatásmechanizmusáról és egyéb tulajdonságairól szóló adatok pedig szinte határtalanok. Ezek áttekintése, felmérése, az optimális döntések meghozatala, pontosabban a döntések előkészítése lehet a kémiai informatikusoknak nevezett szakértők feladata.

„Az informatikai módszerek alkalmazásának feltétele általában az, hogy a valós laboratóriumi kísérleteket lehessen informatikai eszközökkel szimulálni, illetve legalább a kimenetelre valamilyen pozitív vagy negatív prognózist mondani. Ezeket felhasználva jóval gazdaságosabban és hatékonyabban lehet a laboratóriumi munkát tervezni” – véli Fekete István, az ELTE Informatikai Karának egyetemi docense, aki egy kutatási projektet is irányít a kémiai informatika területén. Az ELTE aktuális TÁMOP-pályázatának keretében, a ChemAxon cég támogatásával, a kar oktatóinak és hallgatóinak egy csoportja olyan ügyes algoritmusok és adatstruktúrák kifejlesztésén dolgozik, amelyekkel hatékonyan támogathatók a számítógépes gyógyszervegyészet – gyakran nagyon időigényes – informatikai feladatai.

Speciális, infóvegyészeti tudást a diákok az ELTE-n két helyen szerezhetnek egyébként – a Kémiai Intézetben és az Informatikai Karon. „Ám a végzett hallgatóknak a munkahelyen még további tanulásra, specializálódásra van szükségük kutató-fejlesztő munkájuk magas szintű ellátásához” – hangsúlyozta a hvg.hu-nak Fekete István.

Magyarországon az ipar számára a vegyészetnek elsősorban csak néhány ága fontos, a gyógyszerkutatás és az olajipari, petrolkémiai, műanyagipari felhasználás lehetőségei. A nemzetközi és hazai gyógyszergyárakban rendkívül fontos, hogy legyenek olyan szakértők, akik tudják, milyen hatóanyagok fejlesztésén érdemes dolgozni, „nem találták-e már fel” azt a molekulát, amellyel elkezdenének dolgozni.

2D vagy 3D

Szintén fontos, hogy ha új is a molekula, a korábbi, hasonló molekulák térszerkezetének, felépítésének, hatásainak ismerete segíthet a felfedezés gyorsabb megvalósításában, gyorsabb gyógyszerfejlesztésben vagy új anyagok gyártásában. 

A kémiai informatikának ezért különböző ágai alakultak ki, de a legfontosabb a különböző molekulák két- és háromdimenziós megjelenítése vagy a különböző molekulákról szóló adatbázisok összeállítása, illetve ezekben az adatbázisokban való keresés.

A világ legnagyobb kémiai informatikai cégei nem véletlenül jöttek létre tudományegyetemek közelében. A CambridgeSoft például Amerikából indult, voltak magyar bedolgozói is korábban, de a hvg.hu információi szerint a cég nemrégiben elsősorban Indiába helyezte ki bizonyos kutatás-fejlesztési tevékenységeit.

A tudományos kiadók környékéről is indultak cégek: az Accelrys például kémiai szoftverekkel, adatbázisokkal foglalkozik. A tudományos kiadók természetesen a molekula-könyvtáraik miatt játszanak fontos szerepet a kémiai informatikában. Az ACD Labs szintén fontos szegmenset hasított ki a világpiacból.

A 3D-modellezésnél fontos a manipulálhatóság is, ami azt jelenti, hogy egy-egy atomcsoport hozzáillesztése egy meglévő molekulához először számítógépen tesztelhető. Így egy nem is létező vegyület hatásmechanizmusát is vizsgálni lehet, anélkül, hogy drága kísérleteket kelljen végrehajtani.

Döntéselőkészítés, adatbányászat

A kémiai informatika tehát kulcsfontosságú terület a modern gyógyszeriparban, nem véletlen, egy jó döntéselőkészítő – adatbányászatot, háromdimenziós manipulációt lehetővé tévő szoftverrel – és persze a hozzá szükséges adatbázissal dollármilliókat lehet spórolni.

A magyar ChemAxon és a Thomson Reuters (TR) összefogott, hogy a magyar kémiai szoftvercég programja, valamit a hatalmas tudományos adatbázisokkal rendelkező TR adatai segítségével olyan szolgáltatást adjon, amely elősegíti a gyógyszerfejlesztő cégek eligazodását a konkurensek kémiai szabadalmaiban. Ezáltal felgyorsul a gyógyszerfejlesztés és az új hatóanyagok felfedezése. A szoftver elsődleges felhasználói kémiai informatikusok, gyógyszervegyészek és szabadalmi ügyvivők.

A két cég együttműködésével immár a ChemAxon platformján kereshetővé és analizálhatóvá válnak a Thomson Reuters Markush-struktúrákra és találmányokra vonatkozó adatbázisa, vagyis az angolul csak „Markush Structures” néven ismert „molekula-könyvtár”, melyek nagyszámú, akár sok milliárd konkrét molekulát leíró szerkezetek.

Márkus Jenő, a szabadalmi jogok megújítója

Markush-szerkezetek névadója az 1888-ban Budapesten született Márkus Jenő, azaz Eugene Markush. Ő a múlt század elején tevékenykedett Amerikában, és az egyik szabadalmát úgy jelentette be az ottani találmányi hivatalnak, hogy azóta a szabadalmi jogban Markush Structure-nek nevezik a hasonló, rugalmas módon kezelhető felfedezéseket, új anyagokat, vegyületeket.

Márkus Jenő ugyanis rájött arra, hogy ha csak egyetlen molekulát szabadalmaztatna, akkor az ahhoz hasonló, de a szabadalmi jogban önállónak tekintett „felfedezésével” saját fejlesztését könnyen elbitorolhatná bárki más is. Ezért egész molekulacsoportokat szabadalmaztatott Amerikában. E módszer később elterjedt, sőt könyvtárnyi információ jött létre az egymáshoz hasonló molekulákról, a Márkus-struktúrákról. 

A ChemAxon JChem nevű platformján az ilyen Markush-struktúrákban, nagy adatbázisokban való keresés válik gyorsabbá. Az elemzés hatékonyabb is, mintha egyetlen ember kezdené végigböngészni a molekulák kémiai összetételét, esetleges várható hatásmechanizmusát. Az informatikai alkalmazások pedig meggyorsítják a gyógyszerek fejlesztését és a kutatóknak lehetővé teszik, hogy egyszerűbben integrálják a szükséges tudást meglévő rendszereikbe – minderről a ChemAxon kommunikációs vezetője, Alex Allardyce számolt be a hvg.hu-nak.

A Thomson Reuters „Markush-struktúrái” részét képezik a cég Derwent World Patents Indexének, amely az egyik legfontosabb globális találmányi adatbázis. A Markush-adatbázis részletes és lényegbevágó adatokat tartalmaz 550 ezer szabadalomról, amelyek kapcsolatban állnak, illetve rokoníthatók egymással. A ChemAxon JChem-szoftvere pedig a vizuális megjelenítést, illetve a strukturális elemzést teszi lehetővé a felhasználóknak.