CWI en VU ontwikkelen algoritmes voor medicijnonderzoek

In de zoektocht naar nieuwe medicijnen gebruiken wetenschappers steeds vaker computersimulaties om nieuwe moleculen te ontdekken en te testen. Dit vergroot niet alleen de kans op het vinden van nieuwe of betere medicijnen, maar voorkomt ook het verspillen van middelen aan onsuccesvolle experimenten. Promovendus Mohammed El-Kebir van het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) en de Vrije Universiteit (VU) in Amsterdam heeft nieuwe computeralgoritmes ontwikkeld die biologische computersimulaties sneller en nauwkeuriger maakt. Hij verdedigt zijn proefschrift op dinsdag 27 oktober aan de VU.

Met nieuwe technieken is een grote hoeveelheid biologische data onder handbereik die gedetailleerde informatie geeft over de structuur en interactie van genen, eiwitten en biomoleculen. De grootste uitdaging voor biologen is om deze data nuttig in te zetten. Bioinformaticus Mohammed El-Kebir presenteert in zijn proefschrift een aantal algoritmes die farmaceutisch onderzoek naar nieuwe medicijnen kan verbeteren op basis van biologische big data.

Eén van deze algoritmes versnelt simulaties die het effect van medicijnen op het menselijk lichaam voorspellen, waardoor onderzoekers sneller nieuwe medicijnen kunnen ontdekken. Deze computersimulaties kosten momenteel erg veel tijd, omdat de moleculen van de werkzame stof vaak uit heel veel atomen bestaan. Om de simulaties efficient te kunnen uitvoeren, splitsen scheikundigen elk molecuul in stukjes op basis van chemische eigenschappen. Dit is tijdrovend handwerk dat per molecuul enkele dagen kost. El-Kebir is er in geslaagd om deze chemische intuïtie in een algoritme te vatten dat in een fractie van een seconde dezelfde taak uitvoert. Deze grote tijdwinst vergroot de bruikbaarheid van computersimulaties voor medicijnonderzoek enorm.

Een ander algoritme voorspelt de overdraagbaarheid van experimentele resultaten tussen muizen en mensen. Dit verhoogt de efficiëntie van medicijnonderzoek en zodat er uiteindelijk minder experimenten en daarmee ook minder proefdieren nodig zijn. In medicijnonderzoeken testen medisch onderzoekers het effect van nieuwe medicijnen door deze aan proefdieren, zoals muizen, toe te dienen. Als dit een positief resultaat oplevert is de volgende stap het toedienen aan een klein aantal menselijke proefpersonen. Slechts 25% van de onderzoeken komt door deze fase, met name resultaten bij proefdieren niet overdraagbaar blijken naar de mens. El-Kebir ontwikkelde een algoritme dat patronen ontdekt in grote netwerken van genen en stelt aan de hand daarvan vast welke celmechanismen door evolutionaire aanpassingen heen bewaard zijn gebleven. Als een mechanisme bewaard blijft tussen mensen en muizen, dan is het waarschijnlijk ook op dezelfde manier met medicijnen te beïnvloeden.

Dit onderzoek is gefinancierd door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).