Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • TechWeek
  • Биомолтекст2020
  • vsh25

Ускорение расчетов стыковки белков

Новый метод расчета белкового взаимодействия ускорит разработку лекарств

Биологи и математики из МФТИ, университета Стони Брук и других научно-исследовательских центров научили компьютер в 10 раз быстрее предсказывать строение «сцеплений» белков в клетке. Работа Padhorny et al. Protein–protein docking by fast generalized Fourier transforms on 5D rotational manifolds опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA.

«Новый подход позволяет моделировать взаимодействия белков на уровне генома. Это приведет к лучшему пониманию того, как функционируют наши клетки и позволит разрабатывать лекарства от болезней, вызванных «ошибочными» белковыми взаимодействиями» – говорит Дмитрий Козаков, профессор университета Стони Брук и адъюнкт-профессор МФТИ.

Дело техники

Чтобы из всевозможных вариантов расположения двух больших молекул относительно друг друга получить такую, которая существует в реальном мире, ученые решают следующую задачу: даны два белка с известной структурой. Необходимо предсказать, как будет выглядеть их «стыковка». Это так называемый метод жесткой стыковки, когда строение элементов задано и надо собрать из них выгодную конфигурацию. В научной терминологии такая задача называется «белок-белковый докинг».

docking1.jpg

В новом алгоритме белки описываются в системе радиально-сферических координат, которая сама по себе максимально приближена к форме белка. Это позволяет разделять белки на «функциональные блоки» и решать задачу в более простой форме.

На первый взгляд задача кажется простой и понятной: собрать такую структуру белков, – дело техники, почти то же самое, что собрать детский конструктор. Но, по словам ученых, если провести аналогию с тем же «Лего», вычислительную сложность такой операции можно сравнить с составлением всех возможных пар из 10 000 начальных блоков конструктора.

docking2.jpg

Реальная структура белкового комплекса вместе с ансамблем альтернативных структур, отобранных с помощью нового алгоритма. Источник: предоставлена автором статьи

Идея исследователей состояла в том, чтобы представить белки как сочетание «квантовых поверхностей» – некоторых блоков, описываемых математическим аппаратом квантовой механики. Такой подход позволяет одновременно рассчитывать взаимодействие многих пар белковых участков между собой, а не оценивать каждую пару независимо. Новый метод может работать до 100 раз быстрее лучших из существующих ранее, при этом оставаясь точным. По словам ученых, такая программа «считается» 15 минут на персональном компьютере и является серьезной альтернативой экспериментальным методикам определения белковых взаимодействий.

Новый алгоритм скоро станет частью популярной автоматической системы расчета белок-белкового взаимодействия ClusPro. Ресурс, ранее разработанный авторами статьи, сегодня насчитывает более 15 000 пользователей по всему миру. На последнем соревновании среди специалистов по определению структуры белков CAPRI (Critical Assessment of PRotein Interactions – критическая оценка предсказания взаимодействия) сервер ClusPro признан лучшей автоматической системой для расчета белок-белкового взаимодействия.

«В обычной клетке осуществляются тысячи различных белковых взаимодействий. Объяснение этих взаимодействий помогает описывать важные процессы: работу организма в целом и методов лечения некоторых заболеваний (например, рака)» – комментирует исследование Дмитрий Козаков.

Соавторами статьи также являются Андрей Казеннов, аспирант МФТИ, и Дмитрий Подгорный, выпускник магистратуры МФТИ и аспирант университета Стони Брук.

Исследование поддержано грантом 14.A18.21.1973 Министерства образования и науки Российской Федерации.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
21.07.2016

Читать статьи по темам:

биомолекулы компьютеры Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Клеточные мембраны in silico

Компьютерное моделирование реакций клеточных мембран на молекулы лекарств и токсинов позволит заранее, без экспериментов просчитывать влияние препаратов на клетки.

читать

Химпьютер – абиотический синтезатор пептидов

Ученые из университета Глазго создали уникальный компьютер, который займется исследованием и анализом образования комбинаций составляющих частей при строительстве пептидной цепи.

читать

Молекулярное моделирование

Можно ли смоделировать на компьютере структуру и функции молекул? И каким образом можно визуализировать молекулярные процессы?

читать

Моделируем биомолекулы

Молекулярное моделирование – это способ моделировать на компьютере структуру и функции молекул. В первую очередь автора статьи интересуют биологические молекулы.

читать

Биотранзистор для биокомпьютеров

«Транскриптор» (транзистор на основе транскрипции) сделан из ДНК и ферментов: РНК-полимеразы, которая выполняет транскрипцию – синтез РНК на шаблоне ДНК, и интегразы, регулирующей «силу тока» – интенсивность синтеза РНК.

читать