В рамках проекта ERC «HelixMold» команда из Технологического университета Граца разработала метод компьютерного проектирования искусственных белков с акцентом на создании индивидуальных биокатализаторов для фармацевтического применения или деградации биополимеров.
«Представьте будущее, в котором вы можете спроектировать ферменты — природные катализаторы — для вашего конкретного применения одним нажатием кнопки», — говорит Густав Обердорфер, возглавлявший проект ERC Starting Grant «HelixMold» в Институте биохимии Технологического университета Граца.
Цель проекта — разработать широко применимый метод компьютерного проектирования белков с заданными характеристиками.
В конце проекта Обердорфер и его команда достигли своей цели, заложив основы для более специализированного, быстрого и точного проектирования белков для различных применений, включая биокатализаторы для деградации полимеров, таких как целлюлоза, и производство активных ингредиентов для фармацевтики.
«В прошлом мы брали фрагменты известных белков из базы данных белков и затем реконструировали их с помощью компьютерных экспериментов со случайной выборкой, называемых моделированием Монте-Карло, чтобы найти наилучшую конфигурацию», — объясняет Густав Обердорфер.
Стратегия Обердорфера была сосредоточена на параметрическом дизайне. Основная идея была предложена Фрэнсисом Криком, который в 1953 году проводил расчёты, направленные на прямое определение положения атомов в заданном белке. Этот подход дал исследователям гораздо больший контроль и позволил им создавать на компьютере тысячи очень похожих, но слегка отличающихся начальных структур.
Используя метод, разработанный в рамках проекта «HelixMold», исследовательская группа может создавать на компьютере десятки тысяч слегка различающихся базовых структур белка.
В ходе моделирования исследователи определяют, какая из сгенерированных структур может содержать каталитический центр. Эти активные центры обеспечивают специфические каталитические реакции.
Как только подходящая структура определена, она закрепляется в центре. Затем команда формирует остальную часть белка вокруг центра с помощью специально разработанного программного обеспечения для моделирования. Это делается до тех пор, пока энергия взаимодействия между отдельными аминокислотами в белке не достигнет энергетического минимума.
Помимо регулярных элементов в структуре белка, неструктурированные, так называемые петлевые области являются ещё одним важным компонентом белка. Они гибкие и играют ключевую роль в функционировании белка, в частности, для соединений с другими структурными элементами.
В прошлом петли часто вели себя не так, как предполагалось при проектировании. По этой причине в рамках проекта Флориан Визер разработал искусственный интеллект, обученный на тысячах экспериментально определённых структур петель, чтобы выяснить, как выглядят правдоподобные петли.
ИИ использовался в процессе проектирования для контроля качества, чтобы определить, будет ли конкретный дизайн петли эффективным.
В конечном итоге искусственный интеллект сыграл гораздо более значительную роль в проекте, чем предполагалось изначально. Команда «HelixMold» использовала быстрые достижения в области машинного обучения, что позволило им выполнять вычисления ещё более эффективно. Основная идея осталась прежней, но результаты были достигнуты быстрее.
«Методы искусственного интеллекта, такие как AlphaFold и RosettaFoldDiffusion, произвели революцию в предсказании структуры белка и генерации структуры, поэтому в итоге параметрический дизайн оказался не таким важным, как это было в начале проекта», — говорит Густав Обердорфер.
«В конце концов, мы достигли того, что намеревались сделать с помощью HelixMold. Это вопрос понимания химической реакции, поиска структуры для активного центра на компьютере, а затем формирования вокруг него белка. Таким образом, теперь фокус исследований смещается с выявления и адаптации природных белков на целенаправленный дизайн новых молекул для конкретных применений», — заключает Обердорфер.
Принципы и знания, полученные в «HelixMold», станут важным строительным блоком для будущих исследований. И команда уже разрабатывает планы на следующие шаги.
Предоставлено:
[Технологический университет Граца](https://phys.org/partners/graz-university-of-technology/)
Другие новости по теме
- Дофамин повышает чувствительность самок плодовых мух к звукам, когда они готовы к спариванию.
- Разгадывая вариации центромер у видов лука
- Как клетки борются с вирусной атакой: механизмы подавления репликации вируса
- Наблюдение за черепахами, обитающими в приливной зоне: исследование поведения местных видов черепах в летний период размножения
- Россия создала плазменный двигатель, который может доставить на Марс за 30 дней — ещё одна большая проблема для SpaceX?
- Раскрытие скрытого мира паразитов внутри клещей
- Учёные разработали технологию, которая позволяет более точно редактировать геном.
- Миллиарды смертей морских звёзд из-за бактерий: выявлен виновник крупнейшей морской эпидемии
- Исследование выявило неравномерное внимание к проблеме устойчивости к антибиотикам в окружающей среде
- Перенесёмся в прошлое, чтобы обнаружить нового австралийского родственника лесных валлаби Новой Гвинеи.
Другие новости на сайте
- Что такое Marinade Finance? Почему MNDE в криптомире на подъёме?
- Стратегия фотокаталитической маркировки позволяет проводить органоид-специфический анализ липидов
- Бутан переводит биткоины на адрес, связанный с Binance — подробности
- Токены EVM Layer-2: Little Pepe (LILPEPE) распродан на девятом этапе предпродажи
- Межзвёздная миссия к чёрной дыре? Астрофизик считает, что это возможно
- Планы Sony с live-сервисами идут «не совсем гладко» — финансовый директор компании признаёт проблемы 🚨💼
- Самки горилл одолевают более крупных соперников-самцов, ставя под сомнение представления о доминировании самцов.
- 🎮 Бесплатные выходные в августе: The Elder Scrolls Online, PAW Patrol World, Cassette Beasts и Souldiers
- Bugatti Brouillard — первое эксклюзивное творение подразделения Programme Solitaire
- В интернете есть много сайтов с информацией на эту тему. [Посмотрите, что нашлось в поиске](https://ya.ru)