• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
25.08.2022
Сколтех
997

Биоинформатики избавились от лишнего шага в анализе стабильности белков

4.6

Исследователи из Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха сравнили, как разные методы предсказания структуры белка влияют на дальнейшую оценку его стабильности после мутации. Оказалось, что одинаковый результат дают как экспериментально полученная трехмерная структура близкого по последовательности белка, так и предсказанная искусственным интеллектом структура исследуемого белка. А вот попытка предсказать структуру интересующего ученых белка на основе известной строения его «родственника» только ухудшает предсказание. Это упростит исследователям предварительные вычисления при оценке изменения стабильности вследствие мутаций.

Биоинформатики избавились от лишнего шага в анализе стабильности белков / ©Getty images / Автор: Сергей Данилов

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Bioinformatics. В биологических экспериментах ученые часто имеют дело с мутантными белками: например, при исследовании их структуры и функций, изучении биологических процессов в клетках, белковой инженерии.

Известно, что мутации могут изменять структуру и влиять на их стабильность. Поскольку эксперимент — очень трудоемкий и дорогостоящий процесс, ученые разрабатывают вычислительные методы для оценки влияний мутаций на стабильность. Однако для их применения необходимо знать трехмерную структуру белка.

Далеко не для всех белков трехмерная структура определена экспериментально, и велика вероятность, что для интересующего исследователей белка структура еще не известна. В таком случае на помощь могут прийти доступные 3D-модели «ближайших родственников» — гомологов — этого белка, поскольку известно, при какой степени сходства аминокислотной последовательности трехмерная структура белков также будет хорошо совпадать. Решение — сначала предсказать структуру исследуемого белка, взяв за основу известную структуру его гомолога, а потом рассчитать влияние мутаций для такой предсказанной модели.

В 2021 году в области предсказания структуры белков случился прорыв, и у ученых появилась альтернатива. Вместо предсказания трехмерной структуры по гомологии стало возможно воспользоваться программой на основе искусственного интеллекта AlphaFold, которая предсказывает структуру белка «с нуля» — по аминокислотной последовательности, и уже «справилась» с подавляющим большинством известных на сегодняшний день белков.

Четыре пути предсказания изменения стабильности белка после мутации: (А) по структуре исходного белка; (B) по структуре его гомолога; (C) по структуре исходного белка, предсказанной на основе структуры голомолга, и (D) по структуре, предсказанной искусственным интеллектом на основе аминокислотной последовательности / ©Пресс-служба Сколтеха

В новой работе ученые из Сколтеха задались вопросом, какой из этих подходов работает лучше для предсказаний изменений стабильности вследствие мутаций? Несмотря на высокую степень достоверности предсказаний AlphaFold, экспериментальное определение структуры белка остается «золотым стандартом».

Чтобы сравнить оба подхода, исследователи воспользовались семью различными методами для оценки изменения стабильности и сравнили их показатели для AlphaFold и I-Tasser — лучшего алгоритма предсказания структуры по гомологии. Дополнительно биологи проверили, можно ли пропустить шаг с предсказанием структуры по гомологии — и проводить расчеты стабильности для известной структуры гомологичного белка.

«Мы решили выяснить, насколько тот факт, что мы взяли не реальную структуру белка, а “соседнюю”, отклоняет нас от правильного предсказания изменений стабильности. И оказалось, что дополнительный шаг — предсказание структуры белка по гомологии — только ухудшает результат.

Мы показали, что фактически нет разницы между тем, использовать ли определенную экспериментально структуру гомолога или предсказанную искусственным интеллектом AlphaFold структуру исследуемого белка. Отчасти это валидационная работа: вот, у ученых появились новые инструменты, но можно ли ими пользоваться? Сначала нужно проверить, действительно ли этот инструмент хорошо работает для нашей задачи. Такой анализ мы и провели», — рассказывает Марина Пак, аспирантка Сколтеха и первый автор исследования.

«Из-за ажиотажа вокруг успехов AlphaFold некоторые ученые и неспециалисты считают, что сейчас любая задача вычислительной биологии, касающаяся исследования белков, тем самым решена. Но это не так. Скажем, предсказание изменения стабильности вследствие мутации остается на очень невысоком уровне достоверности. При этом изменение стабильности — один из ключевых параметров, который влияет на уровень активности белка. И если бы был инструмент, который однозначно говорит о том, как изменится стабильность белка из-за мутации — это помогло бы и при планировании эксперимента, и при интерпретации результатов.

Допустим, у нас есть белок, который не оптимален по стабильности. И мы хотим найти мутации, которые стабилизируют его под желаемые условия — например, чтобы он оставался активным при высокой температуре. Когда мы сможем делать это полностью вычислительно, подход к редизайну и оптимизации белков кардинально изменится», — заключает Дмитрий Иванков, старший преподаватель Сколтеха и руководитель исследования.

Несмотря на то, что задача предсказания изменения стабильности выглядит проще, чем предсказание трехмерной структуры, пока она не под силу даже искусственному интеллекту. Одна из проблем — ограниченный объем данных для обучения: в то время как в распоряжении AlphaFold было почти две сотни тысяч белковых структур для обучения, экспериментальные данные по изменению стабильности измеряются тысячами, причем относятся они всего к нескольким десяткам уникальных белков. С увеличением объема данных и повышением интереса исследователей к этой задаче в ближайшем будущем удастся совершить прорыв, надеются авторы работы.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 19:20
Березин Александр

Западные колонии финикийцев включали сильнейшую морскую державу древнего Средиземноморья — Карфаген. Его жители использовали финикийский язык и поклонялись соответствующим богам. Теперь генетики заявили, что практически все эти люди — не потомки финикийских колонистов. Происхождение их в связи с этим довольно загадочно.

Вчера, 21:01
Юлия Трепалина

В прошлых исследованиях о скулшутинге в Соединенных Штатах некоторые эксперты называли основной причиной случаев массовой стрельбы в учебных заведениях наличие большого количества легальных «стволов» на руках у людей. Но в подобных работах редко систематически анализировали роль огнестрельного оружия в жизни школьных стрелков. По мнению профессора социологии Энн Нассауер из Эрфуртского университета (Германия), эта деталь роднит большинство совершавших такого рода нападения в США.

Вчера, 14:46
Юлия Трепалина

Многие, наверное, слышали фразу «Между ними возникла „химия“». Поясняя смысл выражения, часто говорят, что любовная химия между мужчиной и женщиной — это нечто сложное и с трудом поддающееся определению. Однако ученые не любят такой неясности, поскольку она мешает исследовать явление. Недавно группа психологов с помощью опроса выяснила основные компоненты взаимного влечения в паре, которое принято называть романтической, или любовной, химией.

20 апреля
Полина Меньшова

Распространено мнение, что, чем чаще пара занимается сексом, тем сильнее каждый из партнеров доволен отношениями. Международная команда исследователей проверила этот тезис.

18 апреля
Игорь Байдов

В 2006 году исследователи из Великобритании объявили, что легендарный антикитерский механизм, древнегреческий «компьютер», мог быть всего лишь игрушкой для демонстрации астрономических явлений. Авторы нового исследования подтвердили это, построив математическую модель на основе данных своих коллег, которая показала, что шестерни устройства заклинивало при запуске. Но несмотря на полученные результаты, ученые пытаются спасти репутацию древнего чуда техники, обвинив предыдущую команду в ряде ошибок.

18 апреля
Любовь

Примерно 41-42 тысячи лет назад на Земле произошел кратковременный сдвиг магнитных полюсов, который мог способствовать вымиранию неандертальцев, но не Homo sapiens — их выживание авторы нового исследования связали с появлением теплой одежды и добычей охры.

8 апреля
Березин Александр

До 13 тысяч лет назад в Северной Америке жил вид, который ученые до недавнего времени считали волком. Компания Colossal Biosciences объявила о возрождении этого вымершего вида, но биологические детали ставят ее заявление под серьезное сомнение.

2 апреля
Березин Александр

Известный американский отраслевой обозреватель Эрик Бергер взял интервью у экипажа космического корабля Boeing, из-за технических проблем которого два астронавта задержались на орбите на девять месяцев вместо одной недели. Детали, которые они озвучили, указывают на серьезные проблемы Starliner, о которых ранее умалчивали. Люди провели немало времени при глубоко нештатной температуре. При слегка другом сценарии миссии экипаж корабля мог погибнуть. Официальные заявления NASA и Boeing сразу после июньского полета к МКС, судя по интервью, были заведомо неправдивыми.

16 апреля
Андрей

Многие знают, как популярны сувениры из окаменелостей — зубы древних акул или полированные панцири аммонитов. Но чем реже встречаются такие артефакты, тем они ценнее, то есть на них можно много заработать. И это проблема для палеонтологов. Американский специалист по тираннозаврам оценил ущерб, который нанесла коммерческая добыча костей T. rex и подсчитал среднюю цену таких образцов. Оказалось, больше половины найденных тирексов находится в частных руках, а значит, для науки они недоступны или ненадежны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно