С него ударно съкращават времето и разходите за създаване на нови лекарства

Българско изобретение кара електроните да летят със скоростта на светлината

Българско изобретение е сред ключовите съоръжения в най-големия и мощен лазер в света XFEL, с който Европа и Русия разчитат да открият лечение срещу рака и вирусите. Ускорителят, подобен на този в ЦЕРН, бе открит на 4 май на територията на хамбургския научноизследователски център DESY.

Най-силният рентгенов лазер на свободни електрони в света е поставен в подземни тунели, дълбоки между 6 и 38 м, а общата му дължина е 3,4 км. Само ускорителят е дълъг 2,1 км, а проектът

струва над 1 млрд. евро.

Според физици пикът в яркостта на лазерния лъч е милиард пъти по-голям от всички съвременни ускорители. Съоръжението е предназначено за наблюдение на свръхбързи химични реакции и анализ на атомната структура на веществата благодарение на суперкъсите вълни, които са по-малки дори от атом.

Феноменалният резултат се постига, след като електроните се инжектират на 10 импулса по 2700 броя в секунда. Попаднали в ускорителя, съставен от 96 модула и 800 свръхпроводими резонатора,

те развиват скорост, близка

до светлинната - 17,5 гигаелектронволта

Благодарение на това с машината ще се наблюдават триизмерно свръхбързи химични реакции на ниво атоми. Така учените ще виждат буквално за секунди въздействието върху организма на различни вещества и лекарства, чието клинично изследване в момента продължава години.

Това е огромен шанс в световната битка срещу рака и смъртоносните вируси.

Причината е, че най-мощният в света рентгенов лазер играе ролята на дифракционна решетка, благодарение на която триизмерната атомна структура на веществата с точност може да бъде проследена и на суперкомпютър.

"Представете си, че това е един

огромен микроскоп,

с който в реално време могат да се правят много прецизни изследвания в областта на химията, микробиологията, биологията, физиката на твърдото тяло и др. Ще могат да се изучават процеси, за да се създадат нови материали в различни сфери, лекарства и др.", заяви пред "168 часа" руският д-р Валери Каталев, водещ специалист в DESY по създаването на

вълноводни системи, разработени основно от българите в проекта.

"Ускорителят ще даде възможност на учените много по-бързо да провеждат своите експерименти", допълва и ученият Евстати Апостолов. Вълноводите, конструирани от него, екипа му и Техническия университет са сред главните действащи лица в ускорителя.

Той прилича на този в ЦЕРН. Но ако в Женева колайдерът е ориентиран по-скоро към базови изследвания от типа на Големия взрив и черната материя, ХFEL е изцяло за практични цели. Именно с него европейските страни и Русия разчитат да изпреварят САЩ, Китай и Япония в медицината и фармацията.

Това е причината на територията на DESY да бъде изградена Европейската молекулярна и

биологична лаборатория, която е сред най-големите в света.

Идеята е всичко там да бъде под един покрив, а с ускорителя да се провеждат изследвания в областта на структурната биология и да се реализира дългоочакваният пробив в лечението на рака.

“Вече активно може да се използват виртуалната химия, биохимията и квантово–химическите изчисления - казва пред “168 часа” шефът на Националния център за суперкомпютърни приложения проф. Стоян Марков. - Триизмерните атомни структури позволяват с помощта на суперкомпютри да се подберат биомолекули или химически съединения, с които да се атакуват вируси, бактерии и увредените клетки, сред които и раковите.” “Вече

няма да се работи на сляпо, а ще виждаме триизмерно какво става на атомно ниво, без това няма как да се подберат веществата и структурите, с които да се атакуват увредените клетки”, казват експертите.

“Първите ни експерименти бяха успешни и аз съм доста развълнуван за откритията, които ни предстоят”, заяви Хелмут Дош, председател на борда на директорите на DESY.

Как се откриват нови лекарства в момента? Фармацевтичните компании купуват примерно 100 хил. вещества в епруветки и започват експериментите. Ако стойността им през 70-те години е била 199 млн. долара за откриване на едно ново лекарство, през 2011 г. тя скача на 1,9 млрд. долара, сочи последното световно изследване на Office of Health Economics. Паралелно с това се увеличава и средното време, в което един нов медикамент може да излезе на пазара - от 6 години през 70-те, на 13,5 години в началото на XXI век.

Проучването установява, че през 80-те години на миналия век само един от 5 варианта за лекарства е минал теста за висока активност и селективност, слаби странични ефекти, токсичност и

устойчивост към мутации През 2011 г. само една от десет активни молекули е успяла да покрие тези изисквания.

Именно заради тази изключително скъпа работа на сляпо с епруветки съвременни лекарства се откриват все по-трудно и все по-рядко. Новият ускорител решава този проблем - той рязко ще съкрати времето и ще направи процеса стотици пъти по-евтин.

Причината е, че с него учените ще виждат триизмерно в реално време какво се случва с атомите в биомолекулите – ще наблюдават процесите с 27 хиляди кадъра в секунда. Така само най-добрите кандидати за лекарство ще се тестват в епруветка, което ще съкрати проучванията с години.

“Заедно с триизмерната атомна структура на биомолекулите ще се ползват и библиотеки с милиони химически съединения на суперкомпютър – казва проф. Марков. - С помощта на пакети програми за моделиране на молекулярни взаимодействия, за кратко време

от милионите съединения

ще се отсеят няколко

десетки кандидата за лекарства. Тази процедура, наречена виртуален скрининг и цифрово проектиране на медикаменти, рязко намалява времето и разходите за създаване на нови лекарства.” От откритите виртуални кандидати могат да се подберат тези, които се отличават с висока активност и селективност. Тоест ще действат само там, където трябва, а не както сега антибиотиците и лекарствата срещу рак, които наред с болните клетки унищожават и жизнеспособните.

"Новите медикаменти

ще имат слаб

страничен ефект

и ниска токсичност", категорични са учените. Според тях е неизбежен и пробивът в лечението на вируси.

"Ако не разполагате с атомната структура на наследствения апарат и обвивката на вируса, няма как да конструираме ефективно антивирусно лекарство”, казва проф. Стоян Марков .

Вътрешното ядро на вирусите е защитено със здрава обвивка, която е изградена от миниатюрни плочки подобно на броня на бронтозавър.

Тъй като стомашният сок и ензимите в кръвта не могат да се справят с тази структура, вирусът влиза в клетката, закача се към нейната ДНК и човек се разболява.

"Когато обаче видим как изглежда тази обвивка триизмерно, ще може да се моделираме и да подберем средства да я разрушим още докато вирусът е в кръвта – казва Марков. - Така ще се унищожи и ДНК-то на “голия вирус”, който няма как да зарази клетката.

Да си припомним, че лекарите, вирусолозите и молекулярните биолози имат убедителни доказателства, че повече от

50% от видовете рак се предизвикват от вируси."

“Експериментите, провеждани на ускорителя, ще доведат до прогрес и ново разбиране за инфекциите на молекулярно ниво, което представлява базата за развитието на новата медицина", казват специалисти от DESY. Изследователите ще могат да изучат дори рибозомния ключ на бактерии, водещи до фатален край. 

Как новият ускорител ще помогне на хората със заболявания на опорно-двигателния апарат, четете в хартиеното издание.