Um die Wirkung von Datenbanken und Software für die Biowissenschaften zu bewerten, spielen Nutzungszahlen, Anwendungsfälle und Zitate in der Literatur eine wichtige Rolle. Hier untersuchen wir den Einfluss von SwissDrugDesign, der von der Gruppe von Vincent Zoete und Olivier Michielin entwickelten Software für computergestütztes Wirkstoffdesign. Die SIB-Ressource hat in der Tat einen Meilenstein erreicht, indem sie 10.000 Zitate angehäuft hat. Weitere Zahlen belegen die breite Anwendung der Software, die von der Forschung bis zur Bildung und vom Wirkstoffdesign bis zur Bekämpfung der Luftverschmutzung reicht.
Über computergestütztes Arzneimitteldesign (CADD)
Die Entwicklung von Arzneimitteln ist der Prozess, mit dem medizinische Chemiker versuchen, neue Medikamente zu entdecken. Bei letzterem handelt es sich in der Regel um ein kleines organisches Molekül, das die Funktion eines therapeutisch interessanten Biomakromoleküls, z. B. eines Proteins, aktiviert oder hemmt. Mit Hilfe des computergestützten Wirkstoffdesigns können Wissenschaftler wertvolle Zeit und Ressourcen einsparen, indem sie die besten Kandidaten für ein bestimmtes Ziel identifizieren und optimieren, bevor sie sich in das Versuchslabor begeben, um deren Eigenschaften zu synthetisieren und zu testen.
Das 2010 gegründete SIB Resource SwissDrugDesign, das vom SIB-Team um Vincent Zoete und Olivier Michielin an der Universität Lausanne entwickelt wurde , ist eine vollständige, interoperable, webbasierte Pipeline für das computergestützte Wirkstoffdesign (siehe Kasten). Sie umfasst Tools für das molekulare Docking (d. h. die Suche nach dem besten Bindungsmodus zwischen dem potenziellen Liganden und dem Zielbiomakromolekül), die Zielvorhersage oder die Entdeckung von Wirkstoffen bis hin zur Pharmakokinetik und Arzneimittelähnlichkeit. Letzteres ermöglicht es, anhand des erwarteten Verbleibs im Organismus nach der Verabreichung vorherzusagen, ob ein Molekül die geeigneten Eigenschaften hat, um zu einem tatsächlichen Arzneimittel zu werden.
Exponentielle Nutzungsstatistiken, die in Forschungsergebnisse in der Literatur umgewandelt werden
Im Jahr 2023 umfasste die SwissDrugDesign-Toolsuite insgesamt 8,5 Millionen Jobs (d. h. die Übermittlung mindestens eines Moleküls durch einen Nutzer an eines der Tools zur Durchführung einer Berechnung) – mit einer exponentiellen Zunahme im Laufe der Jahre. Jedes Jahr greifen eine halbe Million Nutzer aus aller Welt auf die Plattform zu, was die internationale Reichweite der SIB-Ressourcen unterstreicht.
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Diese Nutzungszahlen schlagen sich in Forschungsergebnissen nieder, wie die Zitate von SwissDrugDesign in der wissenschaftlichen Literatur belegen. Diese haben gerade die Marke von 10.000 Zitaten auf Web of Science erreicht. Interessanterweise stieg auch der Anteil der Zitate von SwissDrugDesign in wichtigen Fachzeitschriften für die Arzneimittelforschung im Laufe der Zeit stetig an, von 0,1 % im Jahr 2012 auf 2,1 % im Jahr 2022. «Diese letzte Zahl ist besonders beeindruckend, da nur ein Bruchteil der Wirkstoffdesignstudien In-silico-Tools verwendet und für diejenigen, die dies tun, Hunderte, wenn nicht Tausende von Tools zur Verfügung stehen. Die Tatsache, dass unsere sechs wichtigsten Tools in bis zu 5 % dieser Artikel, je nach Fachzeitschrift, zu finden sind, unterstreicht ihre breite Verwendung», erklärt Vincent Zoete, Gruppenleiter bei SIB.
Offene öffentliche Datenbanken führen zu einer Diversifizierung der Anwendungen
„Bei der Durchsicht der Literatur waren wir erstaunt über die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten unserer Tools, die weit über den ursprünglichen Bereich des Wirkstoffdesigns hinausgehen“, sagt Antoine Daina. „Eine aktuelle Anwendung hat beispielsweise gezeigt, dass unsere Tools genutzt wurden, um die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf den Malediven zu verstehen; eine andere im Bereich des kunststoffrecycling, eine weitere im entwicklung umweltfreundlicher Pestizide“, fügt Marta Perez hinzu. Antoine und Marta sind beide leitende Forschungswissenschaftler im Team.
Entdecken Sie den Einfluss der SIB-Ressourcen bei der Bewältigung globaler Herausforderungen
Wie lässt sich diese Diversifizierung der Anwendungen von Tools erklären, die ursprünglich für einen bestimmten Zweck entwickelt wurden (siehe Abbildung)? Höchstwahrscheinlich durch das Aufkommen öffentlicher Datenbanken für chemische Verbindungen wie ChEMBL vor etwa zehn Jahren. In Kombination mit offenen Tools wie SwissTargetPrediction von SwissDrugDesign können Wissenschaftler die wahrscheinlichsten makromolekularen Ziele kleiner bioaktiver Moleküle in jedem Bereich abschätzen.
Eine wertvolle Ressource für die Forschung und die Bildung
Ein weiterer Aspekt der vom Team entwickelten Tool-Suite ist, dass 60 % im Forschungskontext und 40 % in Lehre und Ausbildung verwendet werden. „Unser Leitprinzip bei den Tools war in der Tat, in erster Linie der Forschung zu dienen, aber durch die Entwicklung dynamischer und vereinfachter Schnittstellen auch die Lehre und deren Einführung im universitären Umfeld zu erleichtern“, erklärt Vincent Zoete. „Wir gehen zwar keine Kompromisse bei der wissenschaftlichen Exzellenz der Tools ein, sind aber davon überzeugt, dass sich beide Anwendungsbereiche gegenseitig bereichern, da Studierende, die während ihrer Ausbildung mit den Tools in Berührung kommen, diese später in ihrer Forschung eher einsetzen. Und auch die Forschenden schätzen die Benutzerfreundlichkeit der Tools.“ Diese Beobachtungen werden durch die Ergebnisse einer Umfrage bestätigt, die das Team 2021 unter 500 Nutzern durchgeführt hat.
Bei der Entwicklung benutzerfreundlicher Oberflächen profitierte das Team von der UX-Unterstützung des engagierten SIB-Biodatenressourcenteam. Bislang wurden sie für vier Tools eingeführt, zwei weitere sind für 2024 geplant.
Reference(s)
Banner-Bild: Struktur des FKBP12-Rapamycin-Komplexes in Wechselwirkung mit menschlichem FRAP (PDB ID 1fap). Das Bild wurde von der Molecular Modelling Group mit UCSF Chimera erstellt.
