Компьютерные «запчасти» могут дать толчок дизайну белка

04.10.2017 15:03

Новое исследование, проведенное в Институте Вейцмана в Реховоте, приблизило к реализации возможность проектировать на компьютере белки, выполняющие определенные функции.


Идея проектирования белков с заданными функциями на компьютере давно считается концепцией, реализация которой - дело далекого будущего. Новые исследования в институте Вейцмана приблизили это будущее. Возвращаясь к природному механизму - эволюции - ученые создали новые белки на базе «существующих естественных частей», которые прекрасно исполняют заданные функции. Это исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).  

Исследование было выполнено доктором Сарелем Флейшманом, исследователями Дрором Бараном, Марией Габриэль Пзолла, Гидеоном Лапидотом и другими участниками группы Флейшмана  на факультете биомолекулярных наук в институте науки имени Вейцмана. В лаборатории Флейшмана белки создают с помощью компьютерных программ, которые позволяют им строить новые структуры, например -антитела или энзимы, которые не существуют в природе. Если исследователям нужен белок с определенной функцией, например, прикрепляющийся к определенному белку или выполняющий химическую реакцию, они могут вычислить от начала и до конца генетическую последовательность, которая построит аминокислоты в нужном порядке и заставит белок принять нужную форму. Такие белки теоретически могут начать новую эру индивидуально подобранных лекарств и катализаторов, но следует принимать во внимание огромное количество сложностей, с которыми сопряжено планирование больших биомолекул.

 

Компьютерный дизайн (зеленый) в сравнении с экспериментальными структурами (фиолетовый) на атомарном уровне демонстрирует атомную точность во всей структуре (слева) и в петлеобразных областях (справа)


Группа Флейшмана задала простой вопрос: «Что есть в натуральном энзиме или антителе, чего нет в искусственных белках? Почему две структуры похожего строения отличаются в том, как они действуют внутри биосистемы?» 

Группа сфокусировала свое внимание на некоторых частях натуральных антител и энзимов, которые не попали в компьютерный дизайн при построении «с нуля»  - особенно на структурах, которые называются «петлями» - эти структуры нестабильны, «неидеальны»  и очень проблематичны для компьютерного моделирования их поведения. Эти «неидеальные» петли часто встречаются в самом центре активных областей - тех, которые опознают цель и связывают или расщепляют другую молекулу. 

Для того, чтобы включить в финальный дизайн эти фрагменты, ученые решили создать функционирующее антитело из уже имеющихся частей вместо того, чтобы строить его с нуля. Они разделили структуры, встречающиеся в натуральных антителах на сегменты, включая петли и другие поддерживающие особенности. Таким образом ученые экспериментировали с уже готовыми деталями, практически как при эволюционном процессе.


Недостатки в спроектированных антителах, нацеленных на инсулин, исправляются при применении пяти последовательных циклов «дизайн-строительство-тест» алгоритма «эволюции», что поднимает устойчивость разработанных антител от 0% до 100%.

Естественная эволюция, конечно, процесс очень долгий. Новое семейство антител может рождаться десятки миллионов лет. Так что ученые вернулись к компьютеризированному процессу планирования, на этот раз вооруженные новыми данными. Новый дизайн был проверен в лаборатории, по несколько десятков антител за раз. Сначала антитела демонстрировали плохие результаты, но после пяти циклов «дизайн-строительство-тест» исследователи обнаружили некоторые общие правила для дизайна антител. В принципе, они породили некую символическую эволюцию - программы для дизайна эволюционировали параллельно с экспериментальными проверками, продвигая друг друга вперед. Для демонстрации реальности этого принципа группа создала искусственные антитела, нацеленные на инсулин, и они охарактеризовали эти молекулы вплот до атома. 

В будущих экспериментах исследователи планируют создать искусственные антитела, моделируя их на основе антител ...верблюдов и лам. Почему именно их? У людей и у еще ряда животных в антителах находится 200 аминокислот, тогда как у верблюдов и лам всего 100, но при этом они тоже эффективны и стабильны. Это сделает дизайн и производство искусственных антител для людей более эффективным и может стать актуальным для дизайна новой диагностики и терапии. 

Исследования доктора Сареля-Якоба Флейшмана поддерживаются исследовательским фондом Генри Гатвирта, фондом Ротшильд Кесария, Сэмом Свитцером (Канада), Анной Кристопулос (канада) и Каролин Хьюитт (Канада).


Источник: MFA
Фото: Weizmann Institute of Science

262

Читайте также:

Наука и технологии
13.02.2019

Израильские ученые нашли «родник молодости» иммунной системы

Эксперименты на мышах показали эффективность разрабатываемого медикамента в выведении стареющих...
Наука и технологии
14.08.2018

Израильские ученые Института Вейцмана успешно смоделировали поведение муравьев

Исследователи Института Вейцмана сначала разработали математическую модель поведения...
Наука и технологии
6.05.2017

Израильские ученые: Отличие мужчин от женщин заключается в 6500 генах

Исследователям из Института Вейцмана удалось полностью описать половые особенности экспрессии генов
Наука и технологии
1.10.2016

Израильские ученые обнаружили, что иммунная система влияет на социальное поведение

Ученые из Института Вейцмана показали, как молекула в мозгу мыши регулирует социальное...

Лента новостей:

Израиль
Израиль
9.09.2026

ЦАХАЛ уничтожил склады оружия ХАМАСа и «Исламского джихада» в секторе Газа

ЦАХАЛ и ШАБАК уничтожили три склада оружия ХАМАСа и «Палестинского исламского джихада» в секторе Газа....
Израиль
8.09.2026

Секретариат «Ликуда» утвердил персональные назначения Нетаниягу

Секретариат «Ликуда» во вторник вечером утвердил персональные назначения председателя...
Израиль
8.09.2026

Глава МИД Гидеон Саар объявил об ответных мерах Израиля на санкции Великобритании

"Сегодня, по согласованию с премьер-министром Биньямином Нетаниягу, я принял решение о ряде ответных мер...
В мире
В мире
2.09.2026

Трамп предложил переименовать Ормузский пролив в «пролив Трампа»

Президент США Дональд Трамп предложил переименовать Ормузский пролив...
В мире
1.09.2026

Трамп: от Ирана «останется очень мало», если он ответит

«Соединенные Штаты прямо сейчас наносят удары по иранским целям...
В мире
1.09.2026

США начали новую серию ударов по объектам КСИР в Иране

Американские войска начали наносить новые удары по объектам Корпуса стражей исламской...
В мире
31.08.2026

Трамп анонсировал новый удар по Ирану

Президент США Дональд Трамп заявил в интервью Fox News, что американские силы нанесут ответный...
Бизнес
Бизнес
3.08.2026

Лето в бокале: освежающие коктейли AMOR для ярких вечеров

Лето создано для лёгкости, новых впечатлений и красивых моментов. Вечер на балконе, встреча с друзьями,...
Бизнес
6.07.2026

Grant's 12 Years Triple Wood: три бочки, которые меняют характер виски

В мире шотландского виски срок выдержки уже давно перестал быть единственным...
Бизнес
25.06.2026

Отмечаем День независимости США американским виски: культовые бренды, любимые вкусы и настоящая свобода

4 июля отмечается День независимости США – веселье, традиции и хорошая еда. Нет лучшего способа...
Бизнес
14.04.2026

Duty Free возвращается: James Richardson возобновляет полную работу в Бен-Гурионе

После длительного периода ограничений магазины James Richardson Duty Free в аэропорту...
Наука и технологии
Наука и технологии
5.08.2026

Учёба в Ариэле: строим будущее в Израиле

Ариэльский университет – это израильский исследовательский университет, который сочетает академическое превосходство,...
Наука и технологии
4.08.2026

Сине-белый интеллект: Израиль берет курс на мировое лидерство в ИИ

Израиль переходит к практической реализации национальной программы, главной целью которой...
Наука и технологии
4.06.2026

В Израиле внедрят новую систему для обмена данными между министерствами

Разработанная для армии технология поможет государственным ведомствам быстрее обмениваться информацией, принимать...
Наука и технологии
20.05.2026

Маск: Израиль — мировой лидер по инновациям на душу населения

Илон Маск высоко оценил израильскую технологическую индустрию и назвал Израиль одним из мировых лидеров по количеству...
Медицина
Медицина
1.09.2026

Нетаниягу открыл учебный год в школе в Рамле

Премьер-министр Биньямин Нетаниягу открыл учебный год в школе в Рамле и пожелал всем учащимся Израиля успешного и плодотворного...
Медицина
20.08.2026

Минздрав: обнаружены комары, зараженные вирусом лихорадки Западного Нила

Министерство охраны окружающей среды и Министерство здравоохранения сообщают об обнаружении комаров, зараженных вирусом...
Медицина
18.08.2026

Минздрав: загрязнение водоемов на севере

Министерство здравоохранения и Министерство охраны окружающей среды сообщают о превышении допустимых показателей загрязнения воды...
Медицина
13.08.2026

Респираторные вирусы в разгар лета

У каждого второго ребёнка больничная касса «Меухедет» диагностировала респираторное заболевание
Деньги
Деньги
10.04.2026

В Израиле падает спрос на жилье без защищенных комнат

Во время войны структура спроса на жилье в Израиле заметно изменилась.
Деньги
30.03.2026

Кнессет утвердил госбюджет Израиля на 2026 год

Государственный бюджет Израиля на 2026 год был окончательно утвержден Кнессетом во втором и третьем чтениях в ночь на 30 марта.
Деньги
12.02.2026

Курс шекеля достиг 30-летнего максимума

Шекель укрепился по отношению к доллару, достигнув 30-летнего максимума.
Деньги
8.12.2025

Налоговое управление впервые опубликовало сравнительный отчет о доходах израильтян

Департамент планирования и экономики Налогового управления впервые опубликовал...
Культура
Культура
8.06.2026

Brilliantos сингл «На 105-й волне»

Brilliantos сразу на нескольких континентах. Группа объединила Израиль, Польшу и Беларусь. Трек «На 105-й волне» рассказывает о двух...
Культура
13.05.2026

Ноам Беттан вывел Израиль в финал «Евровидения» на фоне протестов и бойкота

Израильский представитель Ноам Беттан прошел в гранд-финал «Евровидения-2026» после первого полуфинала в Вене....
Культура
17.04.2026

Испания отказалась транслировать Евровидение-2026 из-за участия Израиля

Испанский общественный вещатель объявил, что не будет транслировать конкурс "Евровидение-2026"...
Публицистика
Публицистика
8.09.2026
 Юрий Моор

«Молочное» мышление

"Есть люди, которые полагают, что если 3-процентное молоко слить с полуторапроцентным молоком, то в результате получим...
Публицистика
7.09.2026
 Деонис Спектор

Социализм, от которого мы бежали, догнал нас в Америке

Голосование в Конгрессе по резолюции,...
Публицистика
7.09.2026
 Авраам Шмулевич

Критическая инфраструктура: почему одной защиты недостаточно

Подстанции и опреснительные установки против беспилотников, диверсий и водорослей:...
Публицистика
6.09.2026
 Сеня Вальдберг

Офер Винтер - зачем ты тут?

"Последний генерал, который «преуспел» в политике, оставил после себя соглашения Осло. Так что довольно позы, пожалуйста. Опубликуй нормальную программу....
Публицистика
1.09.2026
 Ариэль Бульштейн

Сильный Израиль нужен всем

Израиль перестал быть просителем. Наша страна стала мощнейшим актором, способным защитить не только себя, но и тех, кто хочет быть нашим другом....
Репатриация
Репатриация
9.04.2025

Празднуем Песах на иврите: что нужно знать новым репатриантам

Вы, конечно, знаете, что такое маца. А Агада? А херут? Если вы новый репатриант, вам пригодятся базовые слова и фразы на иврите, связанные с...
Репатриация
30.03.2025

Как сегодня работают частные ульпаны в Израиле?

В конце 2024 года многие новые репатрианты столкнулись с проблемой: Министерство алии и интеграции временно остановило программу «Ваучер» по изучению...
Юмор
Юмор
9.08.2021

Олимпийский пиар, или «Как победить Олимпиаду»‎

После утверждения России, что у них украли золотую медаль по художественной гимнастике, Ядида написал сатирический...
Юмор
30.01.2021
 Борис Прусский

Лимерика

Израильский певец и музыкант Борис Прусский посвятил шуточное стихотворение инаугурации...
Юмор
16.07.2020

Наши резервы

Мне совершенно не мешает ходить "оборванцем". И вот я вышел из дома в своем обычном виде по делам на угол Бегин-Каплан. В разгар...
Юмор
27.05.2020

Проверка Бузагло

"-Как дела, милые? — спросил входящий в зал человек. -Репетируем удивлённое выражение лица! — ответили многоуважаемые."
Юмор
16.05.2020

Ограбление

Охана, владелец фирмы "Мойдодыр", совсем было собирался закрыть свой магазин, когда в помещение внезапно ворвался подозрительный тип с закрытым...