Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo químico Roberto R. Gil da Carnegie Mellon University e pelo químico Armando Navarro-Vázquez da Universidade Federal de Pernambuco desenvolveu um programa que automatiza o processo de descobrir a estrutura tridimensional de uma molécula. A tecnica, descrito em um artigo em Angewandte Chemie , compacta um processo que geralmente leva dias para minutos e pode encurtar o pipeline de descoberta de medicamentos, reduzindo o erro humano.

Descobrir a estrutura química de uma molécula a partir do zero é uma parte essencial da pesquisa de produtos químicos que vêm da natureza, ou "produtos naturais". Para substâncias com possível uso farmacêutico, essa estrutura pode revelar como a substância pode interagir com o corpo humano.

“Se a molécula vai ser uma droga, você precisa saber a forma da molécula para saber como ela vai interagir com um receptor, "diz Gil, professor do Departamento de Química do Carnegie Mellon's Mellon College of Science.

A primeira etapa para determinar a estrutura de uma molécula é determinar seus blocos de construção atômicos, seguido por descobrir sua estrutura bidimensional, que mostra como cada átomo está conectado entre si. Embora algumas ligações atômicas sejam rígidas, outros podem girar em torno de uma junta, tornando possível que moléculas com os mesmos componentes e estruturas bidimensionais (2D) tenham diferentes formas tridimensionais (3D).

Pequenas diferenças na forma podem se traduzir em grandes mudanças na forma como os medicamentos atuam no corpo. Por exemplo, a rotação de uma ligação no analgésico popular ibuprofeno torna-o completamente inativo. De forma similar, amido e celulose compartilham a mesma estrutura 2D, mas têm diferentes formas 3D. Essa diferença é a razão pela qual os humanos podem digerir grãos e não madeira.

Gil e Navarro-Vázquez trabalham há oito anos para simplificar o processo de localização e classificação das possíveis formas 3D para qualquer estrutura 2D. E com as ferramentas de laboratório para coletar dados sobre a estrutura 3D de uma molécula se tornando mais difundidas e disponíveis, era o momento certo para desenvolver um método para automatizar e agilizar o processo.

Os pesquisadores criaram um programa, escrito na linguagem de programação Python, que faz uso de informações de acoplamento dipolar residual (RDC), uma medida da distância entre os átomos que se estendem das ligações rotativas. Alimentado com dados sobre uma determinada molécula de experimentos RDC, o programa gera formas possíveis de a molécula existir em três dimensões, e escolhe a opção mais provável.

A técnica é mais eficaz para lidar com a estrutura 3D de moléculas orgânicas de tamanho pequeno a médio, e relativamente rígido, com átomos de carbono empacotados em anéis em vez de ligados em longos, correntes flexíveis. A equipe testou seu programa em seis dessas moléculas, incluindo naltrexona, um medicamento usado para bloquear os efeitos dos opioides, e estricnina, um pesticida.

Primeiro, eles determinaram a estrutura 2D de cada molécula usando um programa de elucidação de estrutura assistida por computador (CASE), auxiliado por uma colaboração com Clemens Anklin, vice-presidente para aplicações e treinamento de NMR na Bruker Corporation. Eles alimentaram essa informação, junto com dados RDC sobre a molécula, em seu novo programa. Em cada caso, seu programa foi capaz de escolher a estrutura 3D correta.

"Você aperta um botão, e com pouca ou nenhuma intervenção humana, você vai da estrutura 2D para 3D em uma cena, "diz Gil.

Mas tão importante quanto a velocidade do programa é sua eficácia.

“A quantidade de produtos naturais informados erroneamente, onde a estrutura relatada não corresponde à estrutura real, é muito grande, "diz Navarro-Vázquez, um professor de química da Universidade Federal de Pernambuco no Brasil. Este programa pode ser uma forma valiosa de verificar possíveis estruturas que os pesquisadores podem não perceber, ajudando-os a evitar seus próprios preconceitos inerentes.

Gil traça sua visão desse processo desde seu tempo como estudante de graduação e uma conversa com um mentor 30 anos atrás sobre a ideia de que os químicos poderiam um dia colocar uma substância em uma máquina e ver sua estrutura com o apertar de um botão. Breve, Ele espera, programas como o seu e a criação de Navarro-Vázquez irão integrar as etapas anteriores do processo, trazendo essa visão ainda mais perto da realidade.

"Nós estamos muito perto, "diz Gil." Este é o sonho de qualquer químico.