Som rökare vet alltför väl, nikotin är mycket beroendeframkallande. Det är svårt att sluta röka, en vana som kräver mer än sju miljoner människors liv varje år.

Röktobak levererar nikotin till neuroreceptorerna som är ansvariga för beroende, påverkar nervsystemet och orsakar beroende.

En ny studie, ledd av forskare från University of Bristol, in i de involverade molekylära interaktionerna har avslöjat hur dessa neuroreceptorer svarar på nikotin.

Forskarna använde nya beräkningssimuleringsmetoder för att upptäcka hur receptorer i hjärnan svarar på nikotin.

En av huvuddragen i studien är den hastighet med vilken upptäckten gjordes, tack vare användningen av Oracle Cloud Infrastructure, vilket gjorde det möjligt för forskarna att köra ett stort antal simuleringar på en aldrig tidigare skådad kort tid.

Arbetet sammanförde beräkningskemister, biokemister och forskningsprogramvaruingenjörer, arbetar tillsammans för att distribuera ett stort antal simuleringar av nikotinreceptorer i molnet.

Att minska tiden till resultat till bara fem dagar med Oracles högpresterande molninfrastruktur är transformerande ur ett forskningsperspektiv. Beräkningar som annars skulle ha tagit månader att slutföra slutfördes på några dagar.

Studien, utförd av forskare från Bristol i samarbete med Oracle, vars molnteknik var en viktig del av utredningen, redovisas i Journal of the American Chemical Society , flaggskeppspublikationen av American Chemical Society, världens största vetenskapliga sällskap och en global ledare när det gäller att tillhandahålla tillgång till kemirelaterad forskning. Projektet stöddes av finansiering från EPSRC.

Medförfattare till studien, Professor Adrian Mulholland, från Bristols Center for Computational Chemistry, del av Bristol's School of Chemistry, sa:"Nikotin är mycket beroendeframkallande:det är väldigt svårt att sluta röka. För att förstå varför det är så beroendeframkallande, och att göra molekyler för att hjälpa människor att sluta, vi måste förstå hur det påverkar nervsystemet.

"Vi har använt simuleringar för att modellera och förstå hur nikotin påverkar receptorer i hjärnan. Genom att använda kraften i cloud computing, vi kunde visa hur nikotin utövar sina effekter, på molekylär nivå, det första steget av signalering i hjärnan. Denna informationen, och de metoder vi har utvecklat, kommer att hjälpa till att utveckla nya rökavvänjningshjälpmedel."

Forskare arbetar nu med Achieve Life Sciences för att designa och utveckla molekyler som efterliknar nikotin, och datorsimuleringar som hjälper till att testa deras potentiella effektivitet. Detta arbete bygger på tidigare studier som använder kemiska syntetiska metoder för att utveckla nya hjälpmedel för att sluta röka, som kommer att undersökas och testas i simuleringsscenarier.

Rökning är den näst vanligaste dödsorsaken i världen, men de flesta nuvarande antirökläkemedel är endast måttligt effektiva för att minska abstinenssymptom och kan orsaka oönskade biverkningar. Ny, specifika och effektiva rökavvänjningshjälpmedel behövs.

Nikotin är det viktigaste psykoaktiva medlet i tobak och orsakar beroende genom att binda till specifika receptorer i hjärnan. Att förstå hur nikotin binder till dessa receptorer och skapar nikotin "hit" och efterföljande sug är ett nyckelfokus för folkhälsoforskning.

Studien såg forskare utföra 450 individuella simuleringar av molekylär dynamik av biokemin som är associerad med bindningen av nikotin till en subtyp (α7) av nikotinacetylkolinreceptorer i hjärnan. De kunde jämföra med andra typer av nikotinreceptorer och identifiera vanliga egenskaper för receptoraktivering.

Studien visade också hur cloud computing kan kombineras effektivt med mer traditionell högpresterande datoranvändning.

Detta arbete visar hur rigorösa simuleringar kan användas för att förutsäga effekter på läkemedelsmål inom några dagar.

På denna snabba tidsskala, beräkningar hjälper till att planera och tolka experiment, och kommer att hjälpa till att designa och utveckla effektiva läkemedel. Mer allmänt, smidigheten och andra fördelar med att använda cloud computing för forskning erbjuder potentialen att påskynda upptäcktstakten dramatiskt.