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
11.05.2018

Революционные нанотехнологии из Израиля: капли вместо очков

Капли для глаз, содержащие наночастицы, могут стать революцией в офтальмологическом и оптометрическом...
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
20.07.2018

Либерман: ХАМАС вынуждает Израиль начать полномасштабную боевую операцию

В пятницу, 20 июля, министр обороны Авигдор Либерман посетил Сдерот, где встретился с жителями города...
Израиль
19.07.2018

ЦАХАЛ нанес удар по группе поджигателей на юге сектора Газы: один убит, трое ранены

ХАМАС заявляет, что израильский беспилотник обстрелял группу, запускавшую...
Израиль
18.07.2018

Судья Познански-Кац отстранена от должности

Дисциплинарный суд постановил снять с должности судью Ронит Познански-Кац, которая обменивалась посланиями с одним из следователей по делу...
Израиль
18.07.2018

Несмотря на критику, комиссия Кнессета утвердила закон о еврейском характере Израиля

Заседание комитета сопровождалось скандалом, который устроили депутаты от арабских партий....
В мире
В мире
18.07.2018

Американская журналистка обвинила Литву за героизацию ее деда-нациста

"Мой дед не был героем в борьбе с нацизмом – он был жестоким коллаборационистом".
В мире
18.07.2018

Израильских туристов хотели линчевать в Индии

После драки с местными жителями в индийском городе Манали израильских туристов едва не линчевали.
В мире
18.07.2018

В Польше отменен спорный закон о Холокосте

В Польше вступил в силу закон, который отменил уголовное наказание за обвинение поляков в Холокосте.Поправки экстренно были приняты в июне.
В мире
17.07.2018

В Дюссельдорфе мигранты избили еврейского юношу в кипе

Группа мужчин, уроженцев Ближнего Востока или же Северной Африки, согласно описанию очевидцев, напала...
В мире
17.07.2018

Сирия согласилась отвести тяжелые вооружения с Голан

Ливанская газета Al-Akhbar, близкая к “Хизбалле” и правительству Асада, сообщила о том, что сирийский режим согласился отвести...
Бизнес
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...
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
11.07.2018

Полиция будет следить за израильскими водителями при помощи БПЛА

Полиция Израиля начала использовать мини-БПЛА для контроля за ситуацией на дорогах и выявления нарушителей.
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 средств.​
Медицина
Медицина
18.07.2018

Иранский телеканал выдал российское оружие за израильское

Сирийское новостное агентство SANA сообщило, что в ходе контртеррористической операции, проводившейся правительственными...
Медицина
17.07.2018
 Юрий Моор

Ну, они тупые!

Нет, не американцы. Михаил Задорнов внушал эту ложь россиянам, чтобы те расслабились. На деле...
Медицина
3.07.2018

Рассеянный склероз: очень важно говорить о болезни!

Семь лет назад Лене был поставлен диагноз «рассеянный склероз». И теперь она вынуждена быть постоянным «клиентом» больницы РАМБАМ.  
Медицина
2.07.2018

Иран обвинил Израиль в краже дождевых облаков

Начальник иранского управления гражданской обороны Голамреза Джалали обвинил Израиль и некую "соседнюю страну" в развязывании климатической войны....
Медицина
2.07.2018

Австралия отказалась финансировать ПНА из-за пособий террористам

Правительство Австралии приняло решение заморозить финансовую помощь в размере 10 миллионов долларов,...
Деньги
Деньги
8.07.2018

Налоговое управление серьезно взялось за владельцев арендного жилья

Многие из тех, кто попал в сети налоговиков, долгие годы не считали необходимым отчитываться в Налоговое управление,...
Деньги
15.06.2018

Вернет ли государство штрафы водителям

11 июня сенсационная новость разнеслась по стране. Заместитель генпрокурора отдал распоряжение дорожной полиции провести всеобъемлющую проверку...
Деньги
5.06.2018

Солдаты-одиночки после демобилизации получат помощь в открытии своего бизнеса

Расширяется программа поддержки предпринимательства, действующая под эгидой министерства экономики, на демобилизованных...
Культура
Культура
5.07.2018

Детский сад особого риска

Что происходит пока родители на работе?
Культура
3.07.2018

Американцы грозят иском: Израиль «сплагиатил» песню, выигравшую «Евровидение»

Журналисты активно обсуждают, может ли подобный иск стать поводом для аннуляции победы.
Публицистика
Публицистика
19.07.2018
 Александр Непомнящий

Короткой строкой

Принятие Основного закона о национальном характере государства стало необходимым ответом на непрекращающиеся попытки...
Публицистика
18.07.2018
 Евгений Липкович

Нахум-аптекарь

Лейзер Аптекарь был поэтом, чтобы хоть как-то прокормить семью, торговал книгами вразнос. Он родил Нахума...
Публицистика
17.07.2018
 Мордехай Кейдар

Конец иллюзиям

По мнению Запада, демократия - единственный способ управлять успешной и упорядоченной...
Публицистика
17.07.2018
 Кирилл Бузков

Почва и кровь

В связи с победой сборной Франции на ЧМ по футболу по Фейсбуку прошла волна невменяемых...
Репатриация
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 вчера и сегодня (понедельник и вторник) в аэропорт Бен-Гурион...
Репатриация
29.03.2018

В этом году в Иерусалиме: более 5200 репатриантов впервые отпразднуют Песах в Израиле

В канун праздника в Израиле приземлился рейс Фонда Дружбы с репатриантами из Франции на борту
Репатриация
27.02.2018

На праздник Пурим: 185 репатриантов приземлились в Израиле

185 репатриантов из Украины прибыли сегодня в Израиль на специальном рейсе, организованным Фондом дружбы.
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...