От оргазма до бессмертия. Записки драг-дизайнера

Все это происходило в те же годы, когда разворачивалась наша брадикининовая эпопея. И так же, как и у нас, главной проблемой был недостаток вычислительных ресурсов. Правда, в Институте Вейцмана в Израиле, где работали тогда Левитт и Уоршел, уже построили очень мощный по тем временам компьютер, названный «Големом» — по имени робота, созданного, по преданию, в еврейском квартале Праги в шестнадцатом веке. Но, конечно, с современными гигантами «Голем» сравниться не мог. Через сорок лет Левитт вспоминал:

«Тот компьютер располагал памятью в 300 килобайт, примерно одной десятитысячной памяти теперешнего смартфона. Расчеты, на которые тогда затрачивалось 18 минут, сейчас могут быть выполнены за 0,18 секунды на стандартном лаптопе».

Тормозили работу и другие обстоятельства. Израиль находился — да и сейчас находится — в окружении враждебных арабских стран, которые неоднократно стремились его уничтожить. Арье Уоршелу, например, пришлось воевать дважды — в шестидневную войну 1967 года и в войну Судного дня в 1973 году. В институт он вернулся капитаном танковых войск.

Первые компьютерные программы молекулярной динамики продемонстрировали принципиальную возможность свернуть белковую молекулу не в случайный клубок, а в структуру, похожую на нативную. Но они не были предназначены для использования другими группами при решении более широкого круга проблем информационного анализа. Требовалось разработать вычислительный инструмент — пакет программ, оснащенный универсальным набором потенциальных функций атом-атомных взаимодействий, надежными алгоритмами решения систем уравнений движений атомов и удобными способами вычисления конформационной энергии. Несколько лабораторий в разных странах взялись за эту задачу; одной из наиболее успешных оказалась группа Мартина Карплуса в Гарвардском университете в США.

К тому времени профессор Карплус уже был известным специалистом в теоретической органической химии, автором «уравнения Карплуса», описывающего зависимость некоторых величин, измеряемых методом ядерного магнитного резонанса, от значений углов поворотов вокруг валентных связей. Заинтересовавшись молекулярным моделированием, он собрал вокруг себя единомышленников, и за несколько лет они написали пакет программ для конформационных расчетов, который назвали CHARMM — сокращение от Chemistry HARward Molecular Mechanics. Слово chemistry — «химия» — было добавлено чуть позже — вначале пакет назывался HARMM, что могло ассоциироваться с harm, «ущерб»; новое же название напоминало слово charm — «обаяние».

Первым белковым объектом, конформационную энергию которого рассчитал CHARMM средствами молекулярной динамики, стал все тот же панкреатический ингибитор трипсина. Однако даже этот первый расчет пришлось выполнять в Европе — в США компьютеры требуемой мощности имелись тогда, в 1977 году, только у военных. Поэтому Дальнейшее применение нового пакета было ограничено — до тех пор, пока не наступила компьютерная революция.

Она не стала неожиданностью: многие предвидели, что компьютеры сделают рывок вперед как в отношении элементной базы (микрочипы вместо транзисторов), так и в общей архитектуре (параллельное использование ресурсов). Собственно, разработчики программ молекулярного моделирования и рассчитывали на такое развитие событий, поскольку детальный конформационный анализ белковых молекул по-прежнему оставался недоступным из-за огромных объемов необходимых вычислений. Чтобы обойти эти затруднения, придумывались изощренные схемы расчетов, различные приближения энергии внутримолекулярного взаимодействия и другие искусственные приемы — но революция в развитии компьютеров стала главной движущей силой прогресса в молекулярном моделировании. Тот же Майкл Левитт охарактеризовал ее так:

«Если бы автомобили совершенствовались так же быстро, как компьютеры, новая машина “Вольво” стоила бы сегодня три доллара, развивала скорость до миллиона километров в час, вмещала пятьдесят тысяч человек и при этом могла бы запарковаться на пятачке».