Xây dựng cơ sở dữ liệu hợp chất có nguồn gốc thiên nhiên việt nam

Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lẳn II Hà Nội - 2015 XÂY DỤNG C Sở D ữ l iệ u h ợ p c h t c ó n g u n g ó c THIÊN NHIÊN VIỆT NAM Nguyễn Thi Thu Hà ’ Nguyễn Thị Hương Giang ’ Giảo viên hướng dẫn' TS Lê Thị Thu Hường TS Dương Thị Ly H ưong ‘ *Khoa Y Dược, Đại Học Quốc Gia Hà Nội TĨM TẮT Việt Nam có tiềm tự nhiên phong phú với 4000 loài thực vật, nấm hàng ngàn loài sinh vật biển có cơng dụng làm thuốc Đây kho tài ngun vô tận cho nghiên cứu phát triển thuốc Các nhà khoa học Việt Nam tiến hành nhiều nghiên cứu nhằm làm sáng tỏ tác dụng dân gian thuốc y học cổ truyền, frong số có nhiều nghiên cứu phân lập xác định cấu trúc Tuy nhiên, nghiên cứu chưa phát huy hết tác dụng chúng chưa tập hợp, hệ thống sử dụng cách hiệu Do đó, nghiên cứu thực nhằm mục tiêu xây dựng sở liệu (CSDL) hợp chất hóa học phân lập từ nguồn gốc thiên nhiên Việt Nam Thông tin thu thập từ báo công bố tạp chí nước quốc tế Nghiên cứu sử dụng phần mềm ChemBioOffice để biểu diễn cấu trúc hợp chất, phần mềm CDK Descriptor Calculator để tính tốn tham số phân tử Mỗi hợp chất gắn số định danh CSDL tập hợp Excel với nhiều trường thông tin khác cấu trúc, nguồn gốc, tác dụng dược lý Sau loại bỏ hợp chất trùng lập, CSDL bao gồm 980 hợp chất hóa học phân lập từ 278 dược liệu Việt Nam, thu thập tìr 700 báo CSDL cung cấp thơng tin quan trọng cho nhà nghiên cứu hóa thực vật, dược liệu, nghiên cứu phát triển thuốc Việt Nam Ngồi ra, CSDL cơng cụ quan trọng cho nhà hóa tin dược nhằm sàng lọc hợp chất có tác dụng đích sinh học khác nhằm tìm kiếm hợp chất dẫn đường cho trình nghiên cứu phát triển thuốc T khóa: Hợp Chất Hóa Học, Cơ Sở Dữ Liệu, Dược Liệu Việt Nam BUILD A DATABASE OF CHEMICAL COMPOUNDS ISOLATED FROM VIETNAMESE HERBAL SUMMARY Viet Nam has the potential to greatly varies naturally with over 4000 species of plants, fungi and thousands o f marine species have medicinal uses This is the endless Nvealth of resources for research and development o f new medicinal Vietnam scientists have conducted 80 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội-2015 many studies to clariíy the effects o f the folk remedies of ừaditional medicine, o f vvhich there are many researchers isolated and identiíied structures Hoxvever, these studies are still not íiilly played their effects have not been collected by the system and used eữectively Therefore, this study was undertaken to the goal o f buildmg a database system (DB) of chemical compounds isolated from natural soiưces in Vietoam Information was collected from articles published in magazines in the country Research using software to perform stìuctural ChemBioìRce compounds, CDK Descriptor Calculator software to calculate the molecular parameters Each compound is attached an identification niunber in a database and is gathered on Excel with many different information about tìie structure, sources, pharmacological effects After removing duplicative compounds, databases cover includes 980 chemical compounds isolated from 278 Vietnamese herbal, collected from more than 700 articles Databases provide important iníormation for the chemical plant researchers, pharmaceutical, research and development o f new medicinal in Vietaam In addition, the database is also an important tool for medicinal chemists to believe screening compounds that are effective against various biological targets to identiíy compounds that lead the way for the research and development o f new medicinal Key words: Chemical Compounds, Database System, Vietnamese Herbal ĐẶT VÁN ĐỀ Cùng với phát triển xã hội qua thời kỳ lịch sử Việt Nam, từ kinh nghiệm dân gian tích lũy, lưu truyền hình thành nên kho tàng dược liệu phong phú đa dạng [1] Với tảng Y học cổ truyền từ bao đời nay, nguồn dược liệu đóng góp phần quan trọng Nhưng bên cạnh đó, ta gặp nhiều hạn chể khả khai thác sử dụng nguồn tài nguyên cách hiệu [2] Khoa học đại mang lại cho khám phá sâu dược liệu, tìr thành phần hóa học cấu thành đến tác dụng dược lý liên quan qua nghiên cứu thực nghiệm Hàng năm có nhiều báo cáo khoa học phân lập chiết tách thành phần hóa học cơng bố frên tạp chí quy mơ quốc gia, quy mơ quốc tế Nhưng báo cáo dừng lại mức độ công bố mà chưa thực đem lại giá trị thực tiễn Các báo cáo cung cấp cho thông tin tương đối đầy đủ đáng tin cậy hợp chất hóa học phân lập từ thảo dược với cấu ữúc hóa học, định danh, tác dụng dân gian, tác dụng dược lý chứng minh, nguồn dược liệu làm thí nghiệm 81 Hội nghị Khoa học Cống nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội - 2015 Các tìiơng tin phục vụ nguồn tham khảo hữu ích nhà nghiên cứu khoa học ứong cơng ữình nghiên cứu khác Nhưng thực tế đặt vấn đề, làm thể để khai thác úmg dụng thơng tin cách hiệu nhất? Những thông tin nghiên cứu công bố rộng rãi chưa có quy tụ hay quản lý chung, vấn đề khó khăn ứong cơng tác tìm kiếm chọn lựa nhà khoa học Với nghiên cứu phải bỏ thời gian nhiều để tìm lại thơng tin qua báo cáo, dôi báo cáo bị ứơi dần qua năm rẩt khó để khai thác, từ phải phải tiến hành thực nghiệm phân lập hay chiết tách lại? Rất lãng phí thời gian tiền bạc Từ nhận thấy việc đưa giải pháp thu thập quản lý cách hiệu vấn đề cần thiết [1], đặc biệt đề xuất, giải pháp mang tính cơng nghệ ứng dụng Đối với vấn đề quản lý hiệu việc đề xuất giải pháp ứng dụng cơng nghệ thông tin vào xây dựng CSDL hệ thống phần mềm giúp cho việc thu thập, quản lý tra cứu cần thiểt Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu, có nhiều báo cáo khoa học vấn đề xây dựng CSDL hợp chất phân lập từ thảo dược [2], vùng, khu vực địa lý khác hình thái thực vật lại khác Nên ta ứng dụng CSDL họ cách hợp lý vào điều kiện nước ta Do đó, nghiên cứu thực với mục tiêu: Xây dựng CSDL cấu trúc hợp chất hóa học phân ỉập từ nguồn gốc thiên nhiên Việt Nam Những thơng tin từ CSDL phục vụ cho nhiều mục đích, tài liệu tham khảo cho nhà nghiên cửu khoa học, nhà nghiên cứu hóa học, hóa sinh, thực vật học, nguồn liệu quan trọng công tác nghiên cứu phát triển thuốc hướng theo chế phân tử ĐỐI TƯỢNGVÀ PHƯOÍNG PHÁP NGHIÊN cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Các hợp chất phân lập từ nguồn gốc thiên nhiên Việt Nam nghiên cứu cơng bố tạp chí quốc gia (như tạp chí Dược học, Dược liệu, Khoa học cơng nghệ, Hóa học, Nghiên cứu dược thơng tin thuốc, ) tạp chí quốc tế (Phytochemistry, American Chemical Society and American Society of Pharmacognosy, Chem Pharm Bull (Tokyo), Pharmaceutical Society of Japan, Archives of Pharmacal Research, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, - .)• 2.2 Phương pháp nghiên cứu 82 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội-2015 2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu Việc thu thập số liệu tiến hành theo phương pháp thủ công Thông tin thu thập thư viện Quốc gia, thư viện đại học Dược Hà Nội, ứiư viện Viện hàn lâm Khoa học Công Nghệ, tạp chí Dược học ngồi tạp chí có thư viện, nghiên cứu tham khảo thêm số báo qua hệ thống thông tin CSDL nội thư viện để tìiu thập đầy đủ số xuất tạp chí Ehiợc học, Dược liệu, Hóa học, Khoa học cơng nghệ, Nghiên cứu dược thông tin thuốc Đối với báo quốc tế, thơng tin tìm kiếm sử dụng hệ thống tìm kiếm Pubmed (httD://www.ncbi.nIm.nih.gov/pubmed) trang chủ nhà xuất (Taylor & Prancis, Wiley Interscience, Springerlink, ACS Publications, Sience Direct, Oxford louraals, Nature loumals) Mục tiêu thông tin cần thu thập: tên hợp chất, cấu trúc hóa học dạng 2D, tên thuốc (tên dân gian, tên khoa học), họ, tên phận dùng, thơng tin địa điểm thu hái, thòi gian thu hái, tác dụng dân gian, tác dụng khoa học chứng minh 2.2.2 Phutm g pháp xử iý số liệu 2.2.2.I T ổchứ cC S D L CSDL tổ chức theo bước sau (mơ theo hình 2.1): - Thống kê hợp chất Excel thông tin sau; tên hợp chất, tên nguồn dược liệu (tên thông thường, tên khoa học), địa điểm thu hải, phận sử dụng, tác dụng dân gian, tác dụng dược lý chứng minh (nếu có), tài liệu tham khảo - Biểu diễn hợp chất hóa học dạng biểu diễn dòng (Line Notatỉon): Hệ thống biểu diễn dạng dòng sử dụng ký tự hệ ASCII {American Standard Code fo r Information Interchange) Sử dụng phần mềm ChemBioOffice, vẽ công thức cấu tạo hợp chất, copy Smile [3], InChi [4, 5], InChiKey [4, 5] tưomg ứng với tìmg hợp chất - Sử dụng phần mềm CDK Descriptor Calculator để tính tốn khối lượng phân tử (Molecular Weight) hợp chất H ình 2.1 C sở d ữ liệu hợp chất có nguồn gốc tự nhiên Việt Nam 83 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội-2015 - Đối với CSDL, hợp chất chi định gán cho số (số đăng ký) việc tìm kiếm ưong CSDL thuận tiện Chuồi số định danh cho hợp chất hóa học tìrong CSDL đặt tên số VPC (Vietnamese Plant Compound) - Sử dụng phần mềm Endnote để trích xuất tài liệu tham khảo tương ứng hợp chất hóa học CSDL, thơng tin hợp chất ứong substance liên kết vói tài liệu tham khảo để đảm bảo độ xác thơng tin 2.2.2.2 Làm sach CSDL - Tim kiếm hợp chất trùng nhau, xếp CSDL theo trường khối lượng phân tử Các hợp chất có khối lượng phân tử giống đứng gần - Loại hợp chất trùng So sánh InchiKey, Smile, Inchi hợp chất có khối lượng phân tử giống Các trường giống gộp lại thành trưèmg lớn chung - Sắp xếp CSDL Sắp xếp tên hợp chất sau đă lọc theo thứ tự bảng chữ Abc KẾT QUẢ NGHIÊN c ứ u Qua trình thu thập từ 700 số báo tạp chí nước tạp chí quốc tế nghiên cứu lựa chọn 378 báo cáo phân lập hợp chất hóa học từ dược liệu Việt Nam Từ nhóm tiến hành thống kê có 1399 chất (substance) [6] Substance chất phân lập từ nghiên cứu, dịch chiết (teong hợp chất chưa phân lập); tất substance cxmg cấp thông tin định danh khoa học hợp chất thu thập từ báo, bao gồm thông tin tác dụng dân gian, tác dụng chứng minh thơng tin nguồn dược liệu lấy mẫu thí nghiệm; thời gian, địa điểm, phận lấy mẫu Tất 1399 substances biểu diễn định dạng 2D sử dụng phần mềm ChembioOfFice, lấy thông tin biểu diễn dòng họrp chất đó: Smile, Inchi, Inchikey; Hiện biểu diễn dòng dạng format xuất sắc để biểu diễn file lưu trữ CSDL biểu diễn dòng dễ dàng sử dụng máy tính, khả lưu trữ thông tin ngắn gọn dễ dàng truyền qua mạng, cho phép mã hóa/giải mã nhanh chóng bời người sử dụng: nhanh nhiều lần input sử dụng chương trình vẽ cấu trúc Sử dụng biểu diễn dòng giúp ta tìm kiếm hợp chất ứong CSDL cách dễ dàng nhanh chóng 84 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội - 2015 Sử dụng phần mềm CDK Descriptor Calculator để tính tốn khối lượng phân tử (Molecular Weight, MW) 1399 substances MW sau tính tốn được sử dụng để lọc hợp chất có khối lượng phân tử phù hợp với mục đích nghiên cứu Những thông tin sau phân tích xử lý, tập hợp thống kê lại Excel, sau tiến hành lọc hợp chất trìmg nhau, nghiên cứu thu 980 hợp chất không trùng lập (compounds) [6] từ 278 dược liệu Mỗi compound chứa thông tin không lặp lại cấu trúc tiêu chuẩn hóa xác thực Một compound link với nhiều substance Tên hợp chất ứong compound tên hợp chất xuất nhiều ừong tất lỉnked substance Hình 3.1 mơ tả hình ảnh CSDL sau hồn thiện CSDL có 980 hợp chất (compound) với thơng tin sổ đăng ký tên hợp chất VPC từ đến 980, tên hợp chất, biểu diễn dòng (SMILE, InChi, InChiKey), tên dược liệu, tên khoa học, họ thực vật, địa điểm thu mẫu, thời gian thu mẫu, phận dùng, tác dụng dân gian, tác dụng dược lý chứng minh, tài liệu tham khảo Xo UiCkỉ MolecBUr \T C \T C AOOOOI A etto ú ét vpc'AỈI00Q2 AeutMÙ OCl-CC ÌBdiÌ-tS DBỈANLB 5»12ưs»ỉỉ -C I0 C faa i-ỊS fm A tB Jr.l2 « l5 ị v t c " A «W A m m \ " K AfiOOM Ađ«Botíoe VPC*A0006S Ả y a K Ỳ l ỈỈC l-O bC hi^ỉS o p s x x Ỉ1S£5449U o q c i ỉ a c i i l - t s OSDTQT u i m i u s b O i^lS BTZỌVM ỉl« ^ » Soarce ótit» TrtditioM l Demostratcd CoUecUoa CoUectiOB Vsed PhtnMicologloư; Phiimacologictl Rd time Parts Act Act Soarce (sc ỉn tu ic ■•Be) N g& C ãU B Atem km ateựbliia AendiM * T n M o M o b P I Acaneỉ»c>pattrỉfáJiana AnlŨKUi C bủaH oai^K K Ị ỵ iã líK Ì a ỉ^ b io a đ L O Ỉ ^ B Õ itia d Ìn C ếy x ttS ka A ncut L aapbcnoG M U i N ^ h m c h tm d ir L A pocyoK Ì$WEEHYĨS4Cỉ.n£ỈỈI? v*r~ẠtMAit m r t i t t!wwi« ! th—tl I Sheet2 i Téi Ci>-I6bội C^ỈỊMi atiOM 07/ĨOO* 0(Í'200J Oí^TữiO 11^7 07^13 orion LyteKG HtNs^ TÁk, HềỉM ĩm a i t a e M b m tít X ) l« m a ìi» ttr h ã T h ọ P ^ « fieM tl1 n T b ẤJbmopfantaị^-aỊiiat Ai sBattBt T « I Pá« Vìah n A^artmm L Alữ»yvra Li B itiilii< a ilạ n » t« H t.;C Ú < i( a y l> ii.d > ii( U i 371 C id Ịi T ic* K t< iầ ,> ^fà U ic,ilm ih c tiỊt.lc iiÌp l U7 Ih h iii u Siltràti(.l9ÌiiÌ4aĐ«cUi>|i V l > Lấdiv tir P I> Ìo n liự ivin 5:tỉc4#n íolB iÌotrtag,t^ * Ẩ o ỉiẹ Alecacn* oAns tcp Vbih H lic l y t ? l i i n a h 9a v i l i f tỉe A ^ n f a a ệ n B f ^ ,ỉỉỉ'iỗ n h f AỈ»mkcm o ãnf tr«iN&nbR 06^2009 la ú n ii^ b ir iiíu iiii A m t^lU ã Q a ã i Tnng Gõ v ip, Hổ ctẩ Sân u Phằnừitimặtđẳt S U u ã ịA Ũ iã iiii P7Bm*CãcFlKnm8.N1a{ H '20lỉ Cótic^ O S ;^ U tk d ụ a s tr ỉa tỉb ỉo u VõthAo A aeừnodiT ^N inh ^ Võ thin C ó t ic đ i^ lt è n t íb is u A n s tn d i T Ì } } ^ 057004 0& ’200t Aỉái% CUI C rím m l a ỉ ^ h o n L TtêaB«Vi Pậ>€ròcnimim M«i bĩu Leii t n i ^ quAa L«iitrụag({ula Loiitfunj(juw HÌUhaa òaUpaođ A tK istm iadm sp Húãng P^xnx Scvlềitariàt A n e iỉơ v c la tiíeS f Ắ m cisírocla^ ip Ciyx^-èBtitBỈìéii AM ÌvỊ^í^ứỉpantda.Kị :c.BỉcQi»i« C ^^kM cử Rtynout^ỳepữrảca tyBmgVỉn W20ia ■ Ouyên Mi Nám tru t^ Ù C M « I^ Ă liia ilu » ite lĩhfclg th lÁ l.l l n | c»} H ình 4.Ỉ Biểu đồ phân bố mẫu dược liệu theo khu vực địa lý thống kê CSDL m Tỉy NgưyẬn K OAng Nim * í ^ g bĂng sơng tử u long Theo thống kê, CSDL xây dựng với hợp chất hóa học phân lập từ mẫu dược liệu 85 ỈỈO II v m BÀN LUẬN m Hằc 1rung r M 244 Ỉ12011 H ình 3.1 Cơ sở d ữ liệu Excel ■ ()ồog bẳng sống Hồng »2 2S6 T o ia c iy T iịc } m Ịtá % ; n g ự c ,b it:T h iíA T é ịí,tà h ỏ a ,tio t 19i ‘3 ■ Trutig du v i n ì$ n (ỉúi ^ UI Ỉ13 2i5 Hội nghị Khoa học Cống nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lăn II Hà Nội - 201S phân bổ trải dài theo khu vực địa lý Việt Nam (Hình 4.1) Mẩu dược liệu tìiu thập chủ yếu vùng Trung du miền núi Bắc (40% ), vùng Đồng sông Hồng (24%) vùng Bắc trung (11%) Đây thống kê báo cáo khoa học công bố, thực tế cánh cửa đầy tiềm cho nhà khoa học để định hướng xác định mục tiêu nghiên cứu tốt hơn, mở rộng phát triển nghiên cứu vùng tiềm chưa khai thác nhiều vùng Tây Nguyên, vùng Duyên hải Nam trung bộ, vùng Đông Nam vùng Đồng sông Cửu Long ■Đẵđược chứng minh hoạt tfnh sinh học ■Chưa chửng minh hoạt tính sinh học Hình 4.2 Biểu đồ tỷ lệ hợp chất chứng minh hoạt tính sinh học Đối với hợp chất mà CSDL quản lý, có hợp chất chứng minh hoạt tính sinh học (53%), có hợp chất chưa chứng minh hoạt tính sinh học (47%) số hợp chất chưa chúng minh hoạt tính sinh học chiếm tỷ lệ tương đối cao, nói định hướng có tiềm phát triển để phục vụ cho nghiên cứu sau CSDL xây dựng chứa nhiều thông tin hữu ích cho nhà nghiên cứu hóa thực vật, dược liệu, nghiên cửu phát triển thuốc từ nguồn gốc Dược liệu Việt Nam CSDL tổ chức phục vụ cho việc ừa cứu nhanh thông tin liên quan hợp chất nghiên cứu Việt Nam CSDL tiền đề cho việc triển khai công việc để phát triển CSDL Chúng tơi dự kiến, tính tốn số tham số phân tử để phục vụ sẵn sàng cho công tác sàng lọc ảo [7, 8] cấu trúc hợp chất sau biểu diễn dạng mol hay -smi hay sdfile, phục vụ cho việc dovvnload hợp chất KẾT LUẬN Nghiên cửu xây dựng thành công CSDL (Viettiamese Plant Compounds Database) quản lý hợp chất hóa học phân lập tìr dược liệu Việt Nam CSDL 86 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội-2015 xây dựng đạt độ xác cao, cung cấp tương đối đầy đủ thông tin cần thiết liên quan đến hợp chất Là nguồn tham khảo hữu hiệu cho cơng trình nghiên cứu khoa học liên quan Nhóm tiếp tục bổ simg hoàn thiện CSDL, nhiên bước đầu, tiền đề cho nghiên cứu sau Nhóm tiến tới xây dựng phần mềm offline (hoặc ứang web Online) có giao diện tương tác để đáp ứng tốt cho công tác cập nhập, mở rộng, quản lý tra cứu tíiơng tin hợp chất LỜ I CẢM ƠN Chúng xin gửi lời cảm ơn cán quản lý thư viện Đại học Dược, thư viện Viện hàn lâm Khoa học Công nghệ tạo điều kiện cho nhóm tìm kiếm tham khảo tài liệu thư viện TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Huân, Nguyễn Văn Tảo, and Nguyễn Thị Bích Hạnh, Giải pháp tra cứu quản lý dược liệu Việt Nam dựa vào trích chọn đặc trưng ảnh dược liệu kho Cơ sở liệu Tạp Chí Khoa học Cơng nghệ, 2013.106(06): p 103 -110 Thomas M Ehrman, David J Barlow, and Peter J Hylands, Phytochemical Databases o f Chinese Herbal Constituents and Bioactive Plant Compounds with Known Target Specựìcities J Chem Inf Model., 2007 47: p 254-263 Weininger, D., SMILES, achemical language and information system Introductìon to mhodoỉogy and encoding rules J Chem Inf Model., 1988 28: p 31-36 Heller, s., et al., InChl, the lUPAC International Chemical Identỉfier J Cheminform., 2015 7: p 23 Pletnev II, et al., InChlKey collisỉon resistance: an experìmental testing J Chem Inf Model., 2012 4(1): p 39 Sunghxvan Kim, et al., PubChem Substance and Compound databases Nucleic Acids Research Advance Access published 2015 Thomas M Ehrman, David J Barlow, and Peter J Hylands, Virtual Screening o f Chinese Herbs with Random Forest J Chem Inf Model., 2007 47: p 264-278 Al-Dabbagh MM, et al., A Quantum-Based Simiỉarity Method in Virtual Screening Molecules 2015 20(10): 87 p 18107-27  ... Weight) hợp chất H ình 2.1 C sở d ữ liệu hợp chất có nguồn gốc tự nhiên Việt Nam 83 Hội nghị Khoa học Công nghệ Tuổi trẻ Khoa Y Dược lần II Hà Nội-2015 - Đối với CSDL, hợp chất chi định gán cho số... ta ứng dụng CSDL họ cách hợp lý vào điều kiện nước ta Do đó, nghiên cứu thực với mục tiêu: Xây dựng CSDL cấu trúc hợp chất hóa học phân ỉập từ nguồn gốc thiên nhiên Việt Nam Những thơng tin từ... cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu Các hợp chất phân lập từ nguồn gốc thiên nhiên Việt Nam nghiên cứu công bố tạp chí quốc gia (như tạp chí Dược học, Dược liệu, Khoa học cơng nghệ, Hóa học, Nghiên cứu