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:
Прямое попадание в Кармиэле
По предварительным данным, удару подвергся автомобиль.ЦАХАЛ атаковал более 200 объектов «Хизбаллы»
За минувшие сутки сухопутные войска и ВВС ликвидировали десятки боевиков «Хизбаллы».Жизнь в подарок
9 октября 2023 года в Кфар-Аза офицер 202-го десантного батальона Рой Нахари получил серьезное ранение и, несмотря на усилия врачей,...В Нетании зафиксировано падение обломков ракеты
Округ ХаШарон подвергся ракетному обстрелу из Ливана.Отправит ли Иран войска в Ливан
Израильский журналист Ави Иссахаров опубликовал большой материал о реакциях в Иране на операцию израильтян против «Хизбаллы».Премьер Испании Санчес: экспорт оружия в Израиль надо прекратить
«Я думаю, что в свете всего, что происходит на Ближнем Востоке, необходимо, чтобы международное сообщество...Невероятное предложение Ирана Израилю
Саудовские СМИ: Иран передал сообщение о характере своего ответа на возможную израильскую атаку.UNRWA претендует на Нобелевскую премию мира
UNRWA представлена среди номинантов на Нобелевскую премию мира.В Швеции обстреляли офис израильской Elbit Systems
Полиция Швеции сообщила о стрельбе из автоматического оружия близ подразделения...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...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...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...Немцы и израильтяне разработали подводный беспилотник
Беспилотная подводная лодка весит 5,5 тонн, имеет длину 10,9 метра.В Израиле удвоилось число жертв вируса Западного Нила
Вирус Западного Нила диагностировали уже у 440 израильтян. Зафиксировано 32 летальных исхода.От лихорадки Западного Нила в Израиле умерли 15 человек
Медики советуют избегать нахождения близ стоячих водоемов и чаще пользоваться репеллентами.Вспышка лихорадки Западного Нила: подтвержден 21 случай
В Израиле по состоянию на 23 июня подтвержден 21 случай заражения лихорадкой Западного...Иногда они возвращаются
Насколько велик риск повторного инфаркта или инсульта и что делать, чтобы этого не случилось?Погибший в Газе старшина после смерти спас пятерых израильтян
Старшина Сиван Вейль, боец бригады коммандос подразделения «Эгоз»,...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...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.Атака Ирана на Израиль обвалила биткоин
Рынок криптовалют пережил стремительное падение после ударов Ирана по территории Израиля.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...С праздником Шавуот!
Праздник отмечает дату получения Закона Божьего - Торы - на горе Синай спустя семь недель после Исхода из Египта....Сразу хочу сказать - 100% обороны нет. И, наверное, никогда не будет. Не существует вундерваффе, которая способна обеспечить непроницаемость обороны. Ни в одной из сред - на земле, в воздухе, или на море. Однако, есть проблемы другого характера. О них и пойдет речь.
Зачем давать «Хизбалле» еще один шанс?
Очередные специалисты говорят, что нам надо прекратить войну...Строители против болтунов: почему важны дела, а не слова
Не готов вставать на колени, кланяться...Капланизм победил: молитвы не будет
Шантаж левых снова, как во время "Альталены",...Не люблю разводок. Особенно кощунственных
"Идея с жёлтой ленточкой сразу показалась...Изнасилование – это сопротивление, а пейджеры – это геноцид
Миф о том, что многие осуждают...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.