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
17.04.2025

ЦАХАЛ запускает раннюю систему оповещения

При запуске ракеты из Йемена, Ирана или других удаленных мест по Израилю, сообщение будет активировано задолго до включения сирен....
Израиль
17.04.2025

Депутат Готлиб: Ронен Бар намеренно не предупредил Нетаниягу 7 октября

Депутат Кнессета Тали Готлиб обвинила Ронена Бара в том, что он преднамеренно не предупредил Биньямина Нетаниягу в...
Израиль
17.04.2025

Опубликовано видео ликвидации третьего террориста, участвовавшего в теракте в Аль-Фундуке

Пресс-служба ЦАХАЛа опубликовала видеозапись ликвидации третьего террориста, причастного к кровавому...
Израиль
17.04.2025

Ночью ЦАХАЛ атаковал инфраструктуру «Хизбаллы» на юге Ливана

В ночь на 17 апреля была атакована инфраструктура террористической организации "Хизбалла" на юге Ливана....
В мире
В мире
17.04.2025

Путин встретился с освобожденными заложниками и поблагодарил ХАМАС

В ходе беседы Путин заявил, что "освобождение стало возможным благодаря дипломатическим усилиям России и ее связям...
В мире
14.04.2025

Al-Arabiya: ХАМАС заявил о готовности освободить большее число заложников

Al-Arabiya сообщает, что ХАМАС готов освободить большее число заложников в рамках нового предложения о перемирии.
В мире
14.04.2025

В Европе 10 месяцев продолжалась операция, поставившая «Хизбаллу» на колени

Это дело еще раз иллюстрирует, насколько глубоко "Хизбалла" проникла в европейские страны.
В мире
14.04.2025

Axios: следующий раунд переговоров США и Ирана в Риме, Израиль за военный сценарий

Axios: второй раунд "ядерных переговоров" между США и Ираном состоится в Риме в субботу,...
Бизнес
Бизнес
9.01.2025

Израильский хайтек привлёк 4 млрд долл за год

Это более чем в два раза превышает показатель предыдущего года.
Бизнес
24.12.2024

Израильский туризм: теперь на подъем или дальше в пропасть?

Во время войны самый сильный экономический удар пришелся именно по туристической отрасли и в первую очередь – по...
Бизнес
17.07.2024

Edwards Lifescience покупает израильский медицинский стартап за 300 млн долл

Стартап разработал более безопасную микроинвазивную технологию лечения заболеваний митрального...
Бизнес
15.07.2024

Google обсуждает покупку израильского стартапа за 23 млрд долл

Google ведет переговоры о приобретении израильского стартапа в сфере кибербезопасности Wiz.
Наука и технологии
Наука и технологии
25.03.2025

Израильские ученые ускорили чтение данных из ДНК-хранилища в тысячи раз

Учёные из хайфского Техниона создали основанный на ИИ метод, ускоряющий на три порядка чтение данных...
Наука и технологии
16.03.2025

Израиль введет в эксплуатацию систему Iron Beam в течение девяти месяцев

Исраэль Кац: лазерная система ПВО Iron Beam будет введена в эксплуатацию до конца 2025 года.
Наука и технологии
19.02.2025

Израиль представлен на оборонной выставке IDEX в ОАЭ

Павильон еврейского государства демонстрирует сотни видов вооружений.
Наука и технологии
28.01.2025

Вперед, к международным достижениям: начался отбор в научные олимпийские сборные Израиля

Министерство просвещения и Центр ученых будущего Фонда Маймонида начинает процесс формирования...
Медицина
Медицина
26.12.2024

Астма: вдох-выдох

С началом зимы далеко не все радуются установлению желанной прохлады. Есть среди нас и те, кто встречает зиму с тревогой, опасаясь обострения хронического недуга. Эти люди...
Медицина
14.08.2024

Помощь инвалидам ЦАХАЛа с черепно-мозговыми травмами

В этом центре раненые солдаты находят не только профессиональную поддержку и интересные занятия,...
Медицина
15.07.2024

В Израиле удвоилось число жертв вируса Западного Нила

Вирус Западного Нила диагностировали уже у 440 израильтян. Зафиксировано 32 летальных...
Медицина
9.07.2024

От лихорадки Западного Нила в Израиле умерли 15 человек

Медики советуют избегать нахождения близ стоячих водоемов...
Медицина
23.06.2024

Вспышка лихорадки Западного Нила: подтвержден 21 случай

В Израиле по состоянию на 23 июня подтвержден 21 случай заражения лихорадкой Западного...
Деньги
Деньги
1.04.2025

Израиль отменил все пошлины на импорт из США

Израиль отменил все таможенные пошлины на товары, импортируемые из США
Деньги
4.02.2025

ЦСБ: средняя зарплата в Израиле выросла до рекордного уровня

ЦСБ:в декабре 2024 года средняя зарплата в Израиле выросла на 10%, достигнув исторического рекорда.
Деньги
22.12.2024

Кнессет заморозил повышение взносов в Битуах Леуми

Согласно заявлению комитета, повышение будет действовать исключительно в течение двух лет.
Деньги
17.12.2024

Налоговое управление подтвердило повышение налогов на автомобили в 2025 году

С 2025 года в Израиле увеличатся налоги на покупку всех типов автомобилей.
Культура
Культура
19.03.2025

На Аллее славы Голливуда появилась звезда Галь Гадот

Израильская актриса Галь Гадот стала обладательницей именной звезды на Аллее славы в Голливуде....
Культура
5.03.2025

Галь Гадот наградили за поддержку Израиля

«Галь Гадот – героиня как на экране, так и за его пределами, она – неустанная движущая сила в борьбе с антисемитизмом»
Культура
3.03.2025

Израиль обнародовал название песни для «Евровидения»

Стало известно название композиции, с которой Юваль Рафаэль выйдет на...
Культура
22.01.2025

Опасный путь к футбольной славе

Новый драматический сериал компании НОТ «Шломи 6» рассказывает о двух 17-летних парнях из Нетании – двоюродных...
Публицистика
Публицистика
16.04.2025
 Гермес Гальт

Благотворительность закончилась

После Второй мировой войны США взяли на себя добровольно благотворительность...
Публицистика
16.04.2025
 Михаил Лобовиков

Всё начиналось с нескольких сотен героев

Глядя на сегодняшнюю армию Израиля, с ее мощью (за вычетом дезертиров-подписантов...
Публицистика
15.04.2025
 Эрез Тадмор

Эрез Тадмор: Левые сжигают страну ради Ронена Бара

"Они выступают за военную диктатуру, управляемую генералами, которые доказали, что...
Публицистика
14.04.2025
 Аркадий Красильщиков

Нас вновь хотят остановить за шаг до цели

Замаячила очередная победа Израиля без победы.
Публицистика
14.04.2025
 Аркадий Красильщиков

Одно исключение в изоляционистской политике Трампа

Всё верно: Америка Трампа больше не хочет быть мировым полицейским — разорительный и неблагодарный труд....
Репатриация
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...
Репатриация
4.09.2024

Новым гендиректором организации «Маса» стал Меир Хольц

Генеральным директором программы «Маса» назначен г-н Меир Хольц. Хольц,...
Репатриация
28.08.2024

Как сегодня учат иврит в ульпанах

Один из ключевых факторов интеграции в Израиле – это, конечно же, знание иврита. Чем быстрее вы выучите язык, тем...
Репатриация
27.08.2024

Война не остановила репатриантов

После нападения террористов ХАМАСа на Израиль в октябре прошлого года в еврейское государство прибыло 29 тыс....
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...