Компьютерные «запчасти» могут дать толчок дизайну белка
04.10.2017 15:03Новое 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
Читайте также:
Израильские ученые нашли «родник молодости» иммунной системы
Эксперименты на мышах показали эффективность разрабатываемого медикамента в выведении стареющих...Израильские ученые вырастили в пробирке миниатюрный мозг
Исследователи смогли наблюдать за формированием извилинИзраильские ученые Института Вейцмана успешно смоделировали поведение муравьев
Исследователи Института Вейцмана сначала разработали математическую модель поведения...Израильские ученые: Отличие мужчин от женщин заключается в 6500 генах
Исследователям из Института Вейцмана удалось полностью описать половые особенности экспрессии геновИзраильские ученые обнаружили, что иммунная система влияет на социальное поведение
Ученые из Института Вейцмана показали, как молекула в мозгу мыши регулирует социальное...Лента новостей:
В бою на юге Ливана погиб старшина резерва Эйтан Бен Ами
В бою на юге Ливана погиб старший сержант резерва Эйтан Бен Ами.Инцидент в Кейсарии: подозреваемые заранее планировали акцию
Согласно опубликованной информации, подозреваемые тщательно готовились к совершению действия.В результате обстрела из Ливана в Акко повреждено здание
Сообщений о пострадавших нет.Нетаниягу пообещал по 5 млн долл за освобождённого заложника
«Тем, кто хочет выбраться из этого лабиринта, я говорю: каждому, кто приведет к нам заложника, мы предоставим безопасный выход. И ему,...Лидер «Хизбаллы» обещает нанести удар по центральному Тель-Авиву
Лидер «Хизбаллы» обещает нанести удар по центральному Тель-Авиву в ответ на убийство Мохаммеда...Аргентина вывела миротворцев из Ливана
Аргентина отозвала своих военных, состоявших в миротворческой миссии ООН в ЛиванеГлавный центр обстрелов Гуш-Дана и Хайфы перемещен в Тир
Из этого района боевики «Хизбаллы» запускают ракеты в сторону...В Варшаве осквернили памятник героям еврейского гетто
Посол Израиля в Польше Яков Ливне призвал власти страны осудить антисемитов,...Мэр Амстердама: «Называть это погромом — израильская пропаганда»
"Они используют это, чтобы дискредитировать марокканское меньшинство...Google обсуждает покупку израильского стартапа за 23 млрд долл
Google ведет переговоры о приобретении израильского стартапа в сфере кибербезопасности Wiz.IAI сообщила о сделке с иностранным клиентом на 1 млрд долл
Данная сделка - одна из крупнейших в истории концерна, хотя и не самая крупная.Платить меньше за электроэнергию теперь можно с НОТ
В минувшем месяце начал свою работу HOT energy – новый бренд и подразделение группы НОТ, которое занимается...NVIDIA купила два израильских стартапа
NVIDIA приобрела израильского создателя ПО для технологий ИИ, компанию Run:AI, и другой израильский стартап, работающий...Сэм Олтман признан самым влиятельным евреем
Глава компании OpenAI, разработавшей ChatGPT, Сэм Олтман, признан самым влиятельным евреем мира по версии...Испанские ученые заявили, что Христофор Колумб был сефардским евреем
Испанские ученые пришли к выводу, что Христофор Колумб, один из самых...Бизнесмен еврейского происхождения Джаред Айзекман вышел в открытый космос
Джаред Айзекман, профинансировавший миссию Polaris Dawn, и сотрудница...Израильские ученые разработали прочный, пластичный и съедобный пластик
Разработанный израильскими учеными новый материал не только прочен, но и съедобен и разлагается бактериями....Израильский стартап создает цифровую модель человеческого тела
Израильская компания CytoReason создает вычислительные модели заболеваний человека для разработки методов лечения и проверки...Улыбайтесь, это полезно для сердца: мозг помогает лечению инфарктов
Ученые из Хайфского Техниона показали, что активация системы вознаграждения мозга может ускорить...В бою на севере сектора Газы погибли четверо израильских солдат
В бою на севере сектора Газы погибли четверо израильских военнослужащих.В больнице умер майор Гай Яаков Незри, получивший ранения в Газе
В больнице от ран, полученных 19 октября в бою на севере сектора Газы, умер майор Гай Яаков Незри.Помощь инвалидам ЦАХАЛа с черепно-мозговыми травмами
В этом центре раненые солдаты находят не только профессиональную поддержку и интересные...В Израиле удвоилось число жертв вируса Западного Нила
Вирус Западного Нила диагностировали уже у 440 израильтян. Зафиксировано 32 летальных...От лихорадки Западного Нила в Израиле умерли 15 человек
Медики советуют избегать нахождения близ стоячих водоемов...JPMorgan снизил прогноз израильской экономики
Американский инвестиционный банк JPMorgan опубликовал пересмотренный прогноз для израильской экономики.Агентство Fitch понизило кредитный рейтинг Израиля
Fitch Ratings объявило этой ночью о понижении кредитного рейтинга Израиля.Новые правила: репатриантам на периферии удвоили помощь на съем за счет сокращения выплат другим
Репатрианты на периферии будут получать на съем в два раза больше, в...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 воспользоваться самым значительным...Что и на сколько подорожало в Израиле 1 мая
После завершения праздника покупателей ждет и необъявленное подорожание различной продукции в виде отмены скидок.Мы снова будем танцевать
Документировать и творчески переосмысливать события 7 октября 2023 года израильские деятели искусств начали практически сразу. В преддверии...Делай добро и дари его близким
В центре реабилитации для солдат ЦАХАЛа пройдёт ярмарка изделий ручной работы в преддверии Рош а-ШанаУмер продюсер «Титаника» и «Аватара» Джон Ландау
В возрасте 63 лет скончался продюсер Джон Ландау, лауреат премии «Оскар» за фильм «Титаник»,...Новые израильские сериалы
Компания НОТ постоянно знакомит своих зрителей с оригинальной израильской кино- и телепродукцией самых разных жанров. На...Создатели «Фауды» снимут фильм о 7 октября
«Отцы» известного на весь мир израильского сериала «Фауда» Лиор Раз и Ави Иссахаров снимут художественный...Не успел я насладиться чудо-победой Дональда Трампа, как в бой вступила вся леволиберальная рать. Закономерная, ожидаемая и очень предсказуемая реакция левой общественности на назначения Трампа. Не понимаю, почему так напрягает реакция на левых болотах?
Похоже, у «Хизбаллы» кончаются ракеты, держимся
"Судя по интенсивности и характеру...Ганц — угроза Израилю
Ладно, к методам Картеля СМИ, который передергивает, раздувает, умалчивает – мы уже привыкли. Беспокоит...Пора остановить нацизм!
Почему Турция до сих пор продолжает жить по нацистской идеологии пантюркизма?...У тех и у других цель одна
"Одни стреляют ракетами по синагогам, другие - осветительными...Братки «Хизбаллы» по оружию
"Нет, это были не ударные беспилотники иранских...Генеральным директором программы «Маса» назначен г-н Меир Хольц. Хольц, до недавнего времени, занимал должность гендиректора организации «Мозаик Юнайтед», совместного проекта Министерства по делам диаспоры с еврейскими общинами и организациями по всему миру, цель которого - укрепление еврейской идентичности среди еврейской молодежи в диаспоре и связи с Израилем. Ранее он работал в гражданской администрации Иудеи и Самарии и служил посланником ЕА "Сохнут" и движения «Бней Акива» в Сиднее, Австралия.