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 Изучив данные о скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планеты системы, астрономы обнаружили, что она слишком высока для по-настоящему ледяной поверхности. Оказалось, что эти тела покрыты материалом, по своим свойствам резко отличающимся от земного льда.
Кофеин известен прежде всего как стимулятор, повышающий бодрость и физическую работоспособность, однако его влияние на глубинные процессы восстановления мозга во время сна остается предметом дискуссий. Систематический обзор 32 исследований показал, что кофеин не столько сокращает продолжительность сна, сколько меняет его нейрофизиологическое качество, подавляя медленноволновую активность мозга, и сдвигает спящий мозг в более поверхностное, возбужденное состояние.
Физики и математики МФТИ совместно с коллегами из Института автоматизации проектирования РАН и Университета Иннополис провели трехмерное численное моделирование защитных сейсмических барьеров — специальных сооружений, призванных обеспечить безопасность наземных строений.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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