Создана компьютерная база данных для обнаружения дизайнерских наркотиков

Масс-спектрометры (верхнее изображение) помогают обнаруживать известные запрещенные наркотики в моче человека. Для новых психоактивных веществ компьютерная база данных предоставляет теоретические масс-спектры (нижнее изображение), которые могут помочь обнаружить эти дизайнерские наркотики и их метаболиты в образцах мочи. Авторы: Титус Мак (верхнее изображение); Хани Хабр (нижнее изображение).

Как идентифицировать то, на что не существует тестов? Дизайнерские наркотики воспроизводят эффекты известных запрещенных веществ, но уклоняются от правоохранительных органов. Химические вариации структуры, которые помогают этим соединениям избегать обнаружения, также делают их непредсказуемыми в организме — качество, которое создает серьезные последствия для здоровья.

Исследовательская группа использовала компьютерное моделирование для создания базы данных прогнозируемых химических структур для улучшения обнаружения дизайнерских наркотиков.

Джейсон Лян, старшеклассник программы Science, Mathematics and Computer Science Magnet в средней школе Монтгомери Блэр, представил результаты команды на осенней встрече Американского химического общества (ACS Fall 2025), проходившей 17–21 августа.

«Эта библиотека вычислительно сгенерированных метаболических сигнатур и масс-спектров, которую мы называем Drugs of Abuse Metabolite Database [DAMD], может привести к более тщательному обнаружению новых психоактивных веществ и более точному мониторингу использования дизайнерских наркотиков», — говорит Лян.

Запрещенный наркотик, который может быть использован неправильно, обычно идентифицируется по своему химическому «отпечатку», называемому масс-спектром. Этот отпечаток представляет собой паттерн, созданный формой, весом и составом молекулы наркотика.

Когда мочу человека проверяют на наркотики, техник использует технику масс-спектрометрии для получения и сравнения спектров молекул в образце с каталогами спектров известных наркотиков и их метаболитов (малых молекул, создаваемых при расщеплении наркотика в организме). Однако новые психоактивные вещества и их метаболиты обычно не имеют совпадений в существующих базах данных.

«Это немного проблема курицы и яйца, — говорит наставник Ляна, Титус Мак, статистик и специалист по данным в центре масс-спектрометрии Национального института стандартов и технологий (NIST). — Как узнать, что это за новый наркотик, если вы никогда его не измеряли, и как его измерить, если вы не знаете, что ищете? Может ли использование вычислительной методологии прогнозирования помочь нам найти решение?»

Идея разработки DAMD началась с Мака и Хани Хабры, бывшего постдока в NIST, а ныне биоинформатика в Университете штата Мичиган. Они предположили, что компьютерное моделирование может успевать за, казалось бы, бесконечными итерациями неизвестных синтетических соединений, которые обременяют системы здравоохранения и бросают вызов инициативам по мониторингу наркотиков. Затем летом 2024 года Мак и Хабр предложили Ляну поработать с ними.

«Создание прогнозируемой масс-спектральной библиотеки требует сильных навыков программирования и прочной основы в химии — и то, и другое хорошо соответствует моему опыту, — говорит Лян. — Узнав о разрушительном количестве смертей от передозировок, включая случаи в местном сообществе, я с энтузиазмом взялся за этот проект, который потенциально может помочь людям».

В качестве отправной точки исследователи использовали масс-спектральную базу данных, поддерживаемую Научной рабочей группой по анализу изъятых наркотиков (SWGDRUG) при Управлении по борьбе с наркотиками США. Эта база данных предоставляет надежные масс-спектры для идентификации более 2000 наркотиков, изъятых правоохранительными органами.

Затем, используя вычислительные подходы, Хабр, Лян и Мак предсказали почти 20 000 химических структур и соответствующих масс-спектральных отпечатков для возможных метаболитов веществ SWGDRUG и их метаболитов.

Команда в настоящее время проверяет свои прогнозируемые масс-спектры, сопоставляя их с реальными спектрами из наборов данных анализов мочи человека. Эти наборы данных представляют собой каталоги спектров всех обнаруживаемых веществ, обнаруженных в образцах мочи человека.

Нахождение совпадения или чего-то близкого к совпадению в этих наборах данных «говорит нам, являются ли химические структуры и спектры, которые производят наши алгоритмы, правдоподобными», — говорит Хабр.

Впоследствии команда сравнит уже собранные реальные данные с DAMD, демонстрируя доказательство концепции для судебной токсикологии.

DAMD когда-нибудь может стать общедоступным дополнением к текущим базам данных масс-спектров запрещенных наркотиков, что облегчит обнаружение и идентификацию доказательств употребления наркотиков в образцах мочи человека. Одно из ее основных применений — разработка системы, которая поможет людям получить необходимые медицинские вмешательства.

«Кто-то мог употребить вещество, которое, как он не знал, было разбавлено производным фентанила, — говорит Мак. — Используя DAMD, врач мог бы увидеть метаболиты из токсикологического отчета человека, которые являются сильными кандидатами на препарат, подобный фентанилу, и информировать свой план лечения».

Больше информации: Building the drugs of abuse metabolite database (DAMD). acs.digitellinc.com/p/s/buildi … database-damd-631980

Источник: American Chemical Society