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
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
26.07.2024

ЦАХАЛ: на юге Газы погиб израильский военнослужащий

На юге сектора Газы погиб 37-летний капрал-резервист Моти Равэ.
Израиль
25.07.2024

ЦАХАЛ: на юге Газы погиб военнослужащий

На юге сектора Газы погиб 19-летний старший сержант Ноам Дуэк.
Израиль
25.07.2024

ЦАХАЛ: тела погибших заложников были найдены в туннеле в гуманитарной зоне Хан-Юниса

ЦАХАЛ уточнил некоторые детали операции по эвакуации останков заложников, погибших в секторе Газы....
Израиль
25.07.2024

БАГАЦ приказал переправить в Газу тысячу доз крови для переливания

МАДА: кровь будет предоставлена не из государства Израиль, а из стран региона.
Израиль
25.07.2024

Тревога в Западной Галилее

С 17:11 до 17:18 в населенных пунктах Западной Галилеи не прекращали звучать сирены воздушной тревоги.
В мире
В мире
24.07.2024

Парижу угрожают «реками крови» из-за участия израильтян в Олимпиаде

В соцсетях появился видеоролик, в котором человек в маске угрожает Олимпийским играм 2024 года в...
В мире
24.07.2024

NYP: На фоне демарша демократов поддержка Израиля республиканцами все очевидней

В Милуоки состоялся съезд Республиканской партии, который уже считают самым проеврейским...
В мире
24.07.2024

В здании Конгресса арестованы 200 антиизраильских активистов

Протестующие выступали за прекращение поставок оружия Израилю, который ведет военные действия в секторе Газа.
Бизнес
Бизнес
15.07.2024

Google обсуждает покупку израильского стартапа за 23 млрд долл

Google ведет переговоры о приобретении израильского стартапа в сфере кибербезопасности Wiz.
Бизнес
9.07.2024

IAI сообщила о сделке с иностранным клиентом на 1 млрд долл

Данная сделка - одна из крупнейших в истории концерна, хотя и не самая крупная.
Бизнес
25.06.2024

Платить меньше за электроэнергию теперь можно с НОТ

В минувшем месяце начал свою работу HOT energy – новый бренд и подразделение группы НОТ, которое занимается...
Бизнес
25.04.2024

NVIDIA купила два израильских стартапа

NVIDIA приобрела израильского создателя ПО для технологий ИИ, компанию Run:AI, и другой израильский стартап, работающий...
Бизнес
18.09.2023

Сэм Олтман признан самым влиятельным евреем

Глава компании OpenAI, разработавшей ChatGPT, Сэм Олтман, признан самым влиятельным евреем мира по версии...
Наука и технологии
Наука и технологии
8.07.2024

Израильские ученые: летучие мыши продемонстрировали человеческие способности

Израильские ученые: летучие мыши свободно ориентируются в пространстве, вспоминают прошлое и планируют будущее.
Наука и технологии
2.07.2024

Израильские психологи показали, что у влюбленных сердца действительно бьются в такт

Ученые Еврейского университета Иерусалима провели исследование, посвященное физиологии...
Наука и технологии
24.06.2024

Израильские ученые создали самовосстанавливающееся стекло

Ученые считают, что дальнейшие исследования приведут к широкому спектру применений нового материала.
Медицина
Медицина
9.07.2024

От лихорадки Западного Нила в Израиле умерли 15 человек

Медики советуют избегать нахождения близ стоячих водоемов и чаще пользоваться репеллентами.
Медицина
23.06.2024

Вспышка лихорадки Западного Нила: подтвержден 21 случай

В Израиле по состоянию на 23 июня подтвержден 21 случай заражения лихорадкой Западного Нила.
Медицина
15.04.2024

Иногда они возвращаются

Насколько велик риск повторного инфаркта или инсульта и что делать, чтобы этого не случилось?
Медицина
3.04.2024

Погибший в Газе старшина после смерти спас пятерых израильтян

Старшина Сиван Вейль, боец бригады коммандос подразделения «Эгоз», был смертельно ранен 29 марта в секторе Газа. Несмотря на усилия...
Медицина
20.02.2024

В Израиль прибыла делегация врачей из Украины на стажировку в сфере реабилитации зрения

Вчера, на фоне продолжительной войны на Ближнем Востоке и спустя два года с момента начала войны в Украине, в Израиль...
Деньги
Деньги
25.06.2024

Теперь у резервистов есть право на скидку в 91% на землю в Негеве и Галилее

Реализация решения вступила в силу, и теперь покупатели земли смогут...
Деньги
1.05.2024

Что и на сколько подорожало в Израиле 1 мая

После завершения праздника покупателей ждет и необъявленное подорожание различной продукции в виде отмены скидок.
Деньги
16.04.2024

Атака Ирана на Израиль обвалила биткоин

Рынок криптовалют пережил стремительное падение после ударов Ирана по территории Израиля.
Деньги
17.03.2024

«Битуах Леуми» обанкротится на восемь лет раньше, чем ожидалось

Ожидается, что «Битуах Леуми» придет к банкротству на восемь лет раньше, чем прогнозировалось ранее.
Деньги
10.02.2024

Moody's: рейтинг Израиля понижен до A2, прогноз негативный. Нетаниягу: «Экономика устойчива»

"Понижение рейтинга не связано с экономикой, оно целиком связано с тем, что мы...
Культура
Культура
23.06.2024

Новые израильские сериалы

Компания НОТ постоянно знакомит своих зрителей с оригинальной израильской кино- и телепродукцией самых разных жанров. На этой неделе...
Культура
14.06.2024

Создатели «Фауды» снимут фильм о 7 октября

«Отцы» известного на весь мир израильского сериала «Фауда» Лиор Раз и Ави Иссахаров снимут художественный фильм о 7...
Культура
11.06.2024

С праздником Шавуот!

Праздник отмечает дату получения Закона Божьего - Торы - на горе Синай спустя семь недель после Исхода из Египта....
Культура
10.05.2024

Эден Голан вышла в финал «Евровидения»

Эден Голан вышла в финал «Евровидения», несмотря на антиизраильские протесты и призывы бойкотировать...
Культура
5.05.2024

Памяти Дня Катастрофы и героизма

5 мая с заходом солнца весь Израиль и все евреи мира будут вспоминать павших и выживших в День катастрофы и героизма...
Публицистика
Публицистика
22.07.2024
 Евгений Майбурд

Как предавали Трампа

Еще до выборов 2016 г. против Трампа выступила большая часть Республиканской элиты. В основном, так сказать,...
Публицистика
18.07.2024
 Сеня Вальдберг

Не любой ценой

Когда на Аялоне вопят, что «операцию нельзя продолжать, покуда в Газе есть заложники», Синуар понимает,...
Публицистика
16.07.2024
 Алекс Тарн

Вероятность победы Трампа не столь велика, как кажется

Нет сомнения, что обошедший весь мир эффектный снимок Трампа с воздетым...
Публицистика
15.07.2024
 Аркадий Красильщиков

Мнимое миролюбие нобелевских лауреатов

Призывать остановить войну следует тех, кто её начал, а не жертв агрессии.
Публицистика
14.07.2024
 Деонис Спектор

Что не убивает, делает человека более сильным

Только вернулся с кровавого ралли Дональда Трампа. Зашел в дом и получил пять звонков с тревожным сообщением о выстрелах...
Репатриация
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...