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

6

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
20.05.2026

ЦАХАЛ: трое военнослужащих ранены в Южном Ливане, один — тяжело

Трое военнослужащих Армии обороны Израиля получили ранения в результате падения ударного беспилотника на...
Израиль
20.05.2026

Кнессет поддержал законопроект о самороспуске в предварительном чтении

Кнессет одобрил в предварительном чтении законопроект о роспуске парламента 25-го созыва.
Израиль
20.05.2026

ЦАХАЛ уничтожил средство наблюдения «Хизбаллы» в гражданском здании

ЦАХАЛ сообщил об уничтожении средства наблюдения «Хизбаллы», размещённого в гражданском здании на юге Ливана и...
Израиль
20.05.2026

Смотрич пригрозил Палестинской администрации «войной» и подписал приказ по Хан аль-Ахмару

Министр финансов Бецалель Смотрич сообщил, что подписал приказ об эвакуации Хан...
217
В мире
В мире
19.05.2026

Трамп отменил удар по Ирану, но оставил войска в минутной готовности

Президент США Дональд Трамп решил не проводить военную операцию против Ирана, которая была намечена...
В мире
18.05.2026

Иран через Пакистан передал США новые условия прекращения войны

Иран передал США обновленное предложение по прекращению войны.
В мире
17.05.2026

«Гаарец»: МУС выдал новые секретные ордера на арест израильских чиновников и военных

Международный уголовный суд в Гааге, по данным газеты «Гаарец», выдал секретные ордера...
В мире
17.05.2026

Трамп снова предупредил Иран: без сделки с США Тегеран ждут большие проблемы

Президент США Дональд Трамп вновь заявил, что Ирану стоит заключить соглашение с Вашингтоном, иначе последствия для...
В мире
14.05.2026

Трамп в Пекине: США и Китай обсуждают условия торгового перемирия

Визит Дональда Трампа в Китай проходит на фоне торгового перемирия между Вашингтоном и Пекином, технологического...
Бизнес
Бизнес
17.03.2026

Песах с коктейлями AMOR станет вашей новой традицией

Праздники – это всегда немного больше, чем просто семейный ужин. Это настроение, ожидание, разговоры...
Бизнес
11.02.2026

ЕС одобрил покупку Google стартапа Wiz

Сумма сделки составила рекордные $32 млрд.
Бизнес
31.12.2025

Nvidia выложит ещё 3 млрд долл за покупку в Израиле

Компания Nvidia ведет переговоры о покупке израильского стартапа AI21 Labs,...
Бизнес
10.12.2025

Кушнер поддержит Эллисона в битве за Warner Bros.

Инвестиционная компания Affinity Partners, принадлежащая...
Наука и технологии
Наука и технологии
19.05.2026

Национальная служба ИКТ переходит в Канцелярию премьер-министра

Правительство одобрило перевод Национальной службы информационно-коммуникационных технологий из Министерства экономики...
Наука и технологии
27.04.2026

Израильские физики создали «черную дыру» на лабораторном столе

Ученые из Университета Бар-Илан создали оптическую систему, имитирующую поведение световых волн вблизи...
Наука и технологии
7.04.2026

Миссия Artemis II завершила облет Луны и возвращается к Земле

Пилотируемая миссия NASA Artemis II завершила облет Луны и начала путь обратно к Земле, став первым за более чем 50 лет полётом астронавтов за пределы околоземной...
Наука и технологии
15.02.2026

Технион подтвердил статус кузницы идей

Израильский технологический институт Технион в очередной раз подтвердил свой статус глобального центра инноваций.
Медицина
Медицина
15.06.2025

Обновленный режим работы медучреждений больничной кассы «Меухедет»

В связи с ситуацией в сфере безопасности и в соответствии с указаниями Министерства здравоохранения, в воскресенье...
Медицина
29.05.2025

В Израиле впервые пересадили искусственное сердце

В Израиле проведена успешная операция по трансплантации искусственного сердца.
Медицина
29.04.2025

Мобильная клиника: комплексное обследование для женщин рядом с домом

Около 140 женщин прошли обследование в передвижной клинике женского здоровья «Меухедет» в Гиватайме...
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
17.04.2026

Испания отказалась транслировать Евровидение-2026 из-за участия Израиля

Испанский общественный вещатель объявил, что не будет транслировать конкурс "Евровидение-2026"...
Культура
18.02.2026

Более 80 деятелей кино потребовали от Берлинале занять позицию по войне Газе

Среди подписавших письмо - Тильда Суинтон, Хавьер Бардем, Адам Маккей, Алия Шокат,...
Культура
17.02.2026

Смерть Даны Эден в Афинах: греческая полиция склоняется к версии о самоубийстве

В Греции продолжается проверка обстоятельств смерти израильского продюсера Даны Эден...
Публицистика
Публицистика
21.05.2026
 Александр Непомнящий

Флотилия двойных стандартов

Тот, кто сегодня жеманно заламывает руки и драматически объясняет,...
Публицистика
17.05.2026
 Деонис Спектор

Американо-китайские горки

Как бы мы ни относились к Китаю, справедливо отмечая господствующий диктаторский...
Публицистика
17.05.2026
 Виталия Цион

«Евровидение» как тайное голосование против системы

Голосование «Профессионального жюри» более, чем предсказуемо, оно отрабатывает нужную...
Публицистика
13.05.2026
 Авраам Шмулевич

Патриарх Грузии: кто такой Шио III и что означает его избрание

Выборы Патриарха редко бывают геополитическим событием. Нынешние грузинские выборы...
Публицистика
10.05.2026
 Аркадий Красильщиков

Безумие людское лечится лишь смирительной рубашкой

9 мая невольно задумываешься о безумии человечества. О внезапной пандемии агрессивного психоза, когда расстройство...
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...