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

Отправьте эту страницу друзьям!

Оставьте свой комментарий!

Читайте также:

Наука и технологии
3.07.2018

Израильские ученые придумали самый маленький в мире искусственный нос

Молекулярный нано-нос может найти широкое применение в микробиологии и разработке новых лекарственных...
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
19.09.2018

Командующий ВВС Израиля лично полетит в Москву с докладом

Путин напомнил, что операции израильских ВВС предпринимаются в нарушение суверенитета Сирии.
Израиль
18.09.2018

В Израиле и не только – Йом Кипур

В этот день приговор, вынесенный десять дней назад, скрепляется печатью.
Израиль
17.09.2018

Общественный транспорт в Израиле до и после поста Йом Кипур. Расписание

Вечером во вторник, 18 сентября, начнется пост Йом Кипур (День Искупления).
Израиль
17.09.2018

Министерство обороны раскрыло секретные материалы

В Министерстве обороны рассказали о секретных данных, собранных израильскими спутниками за последние 30 лет
В мире
В мире
20.09.2018

Опубликованы видео и спутниковые снимки объекта, уничтоженного под Латакией

Израильская компания ImageSat опубликовала снимки объекта на восточной окраине Латакии до и после...
В мире
20.09.2018

Россия запретила всем летать над Сирией и рядом с Кипром

Россия официально предупредила о закрытии воздушного пространства рядом с Сирией.
В мире
19.09.2018

В результате отравления в Солсбери пострадали модель Анна Шапиро и ее муж Алекс Кинг

В результате отравления в Солсбери пострадали модель Анна Шапиро и ее муж Алекс Кинг 16...
Бизнес
Бизнес
9.07.2018

IKEA Sale — 11 июля начинается распродажа

IKEA объявила дату начала летней распродажи — 11 июля.
Бизнес
19.06.2018

Открытие бизнеса в США для израильтян станет доступнее

Новые правила ведения бизнеса в США для израильтян создадут прекрасные условия для развития стартапов...
Бизнес
28.05.2018

Закон 6-и минут: революция в службе поддержки в Израиле

Кнессет одобрил закон, согласно которому любая компания, представляющая услуги клиентам будет обязана отвечать на звонки в службу поддержки не позднее,...
Бизнес
22.05.2018

Карта израильских стартапов по данным ЦСБ

Центральное статистическое бюро Израиля опубликовало данные о стартап-компаниях, действующих в стране в 2011-2016 годах.
Бизнес
24.04.2018
 Илья Липецкер

Сказ о том, как добрые госмонополисты решили немного придушить малый бизнес

Госмонополист банит мелкие кафешки за отказы получать его услуги....
Наука и технологии
Наука и технологии
12.09.2018

В Израиле создадут новый космический аппарат

Israel Aerospace Industries Ltd. (IAI) и Effective Space, сегодня объявили о подписании "технического и финансового сотрудничества"....
Наука и технологии
10.09.2018

Израильский историк спрогнозировал, как мир будет жить в 2050 году

Израильский историк Юваль Ной Харари выпустил новую книгу — «21 урок для XXI века».
Наука и технологии
9.09.2018

Израильтянам впервые удалось взломать Bluetooth

До сих пор технология Bluetooth считалась неуязвимой, но обнаруженная израильтянами уязвимость создала опасность перехвата и подслушивания.​...
Наука и технологии
28.08.2018

Падающие луны: ученые разгадывают тайны рождения Земли

Команда ученых из Техниона, Вены и Тюбингена занималась изучением судьбы малых лун - предполагаемых спутников Земли в период ее "бурной юности"
Медицина
Медицина
18.08.2018

В Израиле обнаружены комары-переносчики тяжелого заболевания

Опасные насекомые были выявлены в ходе проверок Минэкологии в ряде районов страны.
Медицина
13.08.2018

Минздрав Израиля: вода в ручьях Голанских высот может быть опасна для жизни

Такой вывод сделан после нескольких случаев выявления у купавшихся симптомов лептоспироза.
Деньги
Деньги
14.09.2018

Конгресс США утвердил закон о десятилетней оборонной помощи Израилю

Цель закона - защитить договор о помощи от бюджетных конфликтов в будущем...
Деньги
19.08.2018

В Израиле повысят цены на воду

Управление водных ресурсов Израиля увеличило тарифы на воду для населения. 
Деньги
5.08.2018

Моше Кахлон о повышении кредитного рейтинга Израиля

Рейтинг Израиля сейчас находится на уровне США, Австралии, Швейцарии и Сингапура....
Деньги
29.07.2018

Минюст потребовал урезать пенсии бойцам ЦАХАЛ

Минюст и Минфин Израиля требуют сократить пенсионные выплаты бойцам ЦАХАЛ...
Деньги
27.07.2018

У ООН закончились деньги

Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш заявил, что бюджет организации опустел и необходимо...
Культура
Культура
13.09.2018

Официальное заявление: «Евровидение-2019» пройдет в Тель-Авиве

Финал конкурса намечен на 18 мая. Выступления пройдут во 2-м павильоне выставочного комплекса "Ганей Тааруха",...
Культура
5.09.2018

9 фактов о Рош Ха-Шана, которых вы не знали

Как связаны Новый год и мед, Тора и гранат и чем чистят шофар
Культура
2.09.2018

Звезда Кейна Риверса - Украина и Израиль. Нужен ваш голос!

Детское Евровидение создано по аналогии с популярным шоу Евровидение.
Культура
2.09.2018

Погрузитесь в море с доисторической акулой!

Успейте на показы новой экшн-картины на русском языке в кинотеатрах Израиля!
Культура
23.08.2018

Бен Кингсли, сыгравший Адольфа Эйхмана: «Бабушка говорила, что Гитлер прав»

В конце августа состоится мировая премьера фильма Криса Вайца "Операция "Финал", посвященного операции...
Публицистика
Публицистика
20.09.2018
 Александр Непомнящий

Чего следует ожидать после инцидента над Латакией?

Попытка свалить вину на израильтян...
Публицистика
18.09.2018
 Владимир Бейдер

Об искусстве формулировок

Минобороны России, объяснет, что израильские самолеты прикрылись российским...
Публицистика
18.09.2018
 Роман Гольд

1000 знаков о Йом Кипуре

Есть дни, словно помеченные маркером: “хранить вечно”. Этот -...
Публицистика
17.09.2018
 Роман Гольд

Мы и есть Земля Израиля!

Они думают, что нас можно зарезать - и мы уйдем с этой земли...
Публицистика
16.09.2018
 Александр Непомнящий

Только так!

Никакие слова скорби не воскресят Ари Фульда, героя нашего народа, убитого сегодня мелким...
Репатриация
Репатриация
24.07.2018

293 репатрианта из Украины приземлились сегодня в Израиле

Сегодня, во вторник, в аэропорту им. Бен-Гуриона приземлились 3 рейса с 293 репатриантами...
Репатриация
16.07.2018

Игорь Лупинский и Илька Гутман: «Ехать в Израиль – как в Израиль»

Илька Гутман  и Игорь Лупинский– основатели Школы финансовой ответственности, не один раз обжегшись о...
Репатриация
25.06.2018

На этой неделе в Израиль прибудут 340 репатриантов 17 рейсами Фонда дружбы

340 репатриантов из 8 разных стран прибудут в Израиль в течении предстоящей...
Репатриация
11.06.2018

Иван Ургант репатриировался в Израиль

Российский актер и телевизионный ведущий обзавелся израильским паспортом.
Репатриация
29.05.2018

206 репатриантов из 3 стран прибыли в Израиль

206 новых репатриантов из Украины, Бразилии и Аргентины прибыли...
Юмор
Юмор
12.06.2018
 Ян Каганов

Еврейское порно

Всё-таки я с трудом представляю себе еврейские порнофильмы.
Юмор
2.06.2018

«Нихреновости». Май 2018

Cамый неубиваемый видеожурнал Израиля - Нихреновости
Юмор
9.04.2018
 Александр Непомнящий

Краткое содержание минувшей ночи

Сирия (зализывая раны): Аааааааай...  Иран...
Юмор
6.04.2018

«Нихреновости». Выпуск № 52

Держите руку на пульсе, пока он есть. Нихреновости.
Юмор
24.03.2018

«Нихреновости». Выпуск № 50

Пятидесятый выпуск видео-дайджеста Нихреновости немного особый. Авторы журнала решили подёргать...