Российские ученые научились модифицировать белки для борьбы с болезнями
Ученые из МФТИ разработали новый подход для превращения мембранных белков в растворимые с помощью нейронных сетей. Мембранные белки отвечают за «общение» живой клетки с окружающей средой, и теперь их станет легче изучать, в том числе находить действующие на них лекарства.
Результаты работы опубликованы в журнале Chemical Science (входит в Nature Index). В основе жизнедеятельности всех окружающих нас живых существ лежат специальные молекулы — белки. Среди белков можно выделить два основных класса: так называемые растворимые — те, которые могут свободно перемещаться внутри или снаружи клетки и останутся в растворе, если клетка разрушится, и мембранные — те, которые находятся в оболочках, окружающих клетку или ее органеллы. С мембранными белками гораздо сложнее работать, но при этом зачастую и важнее: они отвечают за перенос веществ внутрь клетки и обратно, передачу сигналов и многое другое. В том числе из-за этого они являются мишенями многих лекарств.
У ученых есть несколько подходов для упрощения работы с мембранными белками, которые чаще всего основываются на использовании поверхностно активных веществ: они обволакивают мембранный белок, а иногда и часть мембраны вокруг него, и делают его растворимым. Такой подход требует значительных усилий и зачастую приводит к выпадению белка в осадок — в буквальном смысле — и потере им своих свойств. Но есть и альтернатива: получение растворимого аналога через изменение самого гена, кодирующего мембранный белок. В целом подобные подходы, называемые белковой инженерией, были удостоены Нобелевской премии по химии в 2024 году. Однако для некоторых задач, в том числе при работе с мембранными белками, инженерия белков пока остается скорее искусством, чем технологией.
Биофизики Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ много работают с мембранными белками — например, человеческими рецепторами и ионными насосами. Поиск возможностей упростить процесс изучения мембранных белков — одна из целей исследований. В работе, опубликованной в журнале Chemical Science, они показали, что можно достаточно простым способом скомбинировать специальную графовую нейронную сеть, ProteinMPNN, с моделированием методом молекулярной динамики, чтобы предсказать последовательности возможных растворимых аналогов мембранных белков. Искусственные растворимые варианты для одного из самых известных мембранных белков, бактериородопсина, полученные учеными, оказались функциональными и весьма удобными в работе. Более того, эти белки стали первым примером разработки аналога мембранного белка, который бы сохранил активный сайт, находившийся внутри мембранной части, и активность которого была бы однозначно подтверждена при помощи спектроскопии и рентгеновской кристаллографии.
«Белковая инженерия развивается невероятно быстро, и было очень интересно попробовать применить в ней свои силы, особенно работая над задачами, которые ранее не удалось решить Нобелевским лауреатам. Теперь, когда этот проект закончен, планируем развивать методы дальше», — говорит Андрей Николаев, ведущий автор работы, аспирант Физтех-школы физики и исследований имени Ландау.
Разработанный подход далее может быть применен сразу в нескольких важных проектах. Так, разработка растворимых аналогов человеческих рецепторов должна позволить ускорить поиск новых лекарственных средств, так как их легче использовать для высокопроизводительного скрининга. С другой стороны, аналоги фотоактивных мембранных белков могут лечь в основу новых молекулярных инструментов для клеточной биологии. Инженерия же белков в целом способствует развитию биотехнологий — применению биомолекул, ферментов и микроорганизмов в сельскохозяйственной, пищевой, фармацевтической и других промышленностях.
«Наш Центр давно занимается применением методов молекулярной биофизики к биологическим молекулам, к которым все чаще присоединяются и подходы белковой инженерии, и синтетической биологии. А то, что работа использует нейронные сети, выполнена в физико-техническом институте и опубликована в журнале с названием Chemical Science — “Химическая наука” — подчеркивает мультидисциплинарность и сложность современных исследований», — замечает Иван Гущин, руководитель проекта, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.
Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки России и Российского научного фонда.
Telegram 
Дзен 
VK Процессы, сопровождающие жизнь черных дыр, интересуют не только теоретиков. Ученые уже знают, что энергия и частицы могут покидать черные дыры и теперь работают над способами эту энергию использовать.
В ночь на 17 июля, в 01:45 по московскому времени, в Техасе должен состояться 13-й запуск мощнейшей ракеты в истории. Трансляция начнется за 30 минут до старта Starship.
Ученые подтвердили один из самых необычных эффектов Общей теории относительности (ОТО): вращение Земли действительно «увлекает» за собой пространство-время. Новое измерение, выполненное с помощью спутника LARES-2, оказалось примерно в 10 раз точнее предыдущих и еще сильнее ограничило пространство для альтернативных теорий гравитации.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно